教科書將改寫?子細胞分裂的命運由母細胞決定?

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由現今科學證據以及教科書記載,誘發真核細胞執行有絲分裂(mitosis)的有絲分裂原(mitogen)只有在 G1 中會被檢測到,而子細胞可以決定是否繼續細胞分裂。

近日,由科羅拉多大學波德分校(CU Boulder)的研究團隊刊登於《Science》的一篇研究顛覆了教科書內容,即是有絲分裂原訊息傳遞在整個母細胞的細胞週期中都是存在的,即使相隔 1 個小時的有絲分裂訊息傳遞也可能在 12 小時後影響細胞增殖,顯示母細胞可以決定子細胞繼續分裂增殖的命運。本研究幫助人們更深入了解細胞選擇增殖的原因和時間,也可望進一步幫助科學家調整或擴大癌症藥物治療的時機。

先前的教科書提到的實驗都必須先刪除所有生長因子,才能使細胞的循環同步,進而擾亂細胞的循環行為。但是,該研究團隊使用了延時顯微鏡和細胞追踪技術,這使他們能夠在自己的時間拍攝自己做的事情。他們使用計算單元追踪功能,能藉由透過數百張連續圖像追踪同一單元格,使得其能在 48 小時內追踪成千上萬個單元格。

接著,他們在母細胞週期的不同階段中去除並替換了能促進細胞分裂的生長因子。結果顯示,在母細胞中去除這些生長因子的時間越長,子細胞分裂的可能性就越小。如果去除生長因子超過 9 個小時,則所有子細胞均不會分裂。無論他們在何時阻斷這種訊息傳遞,細胞都能感覺到它,而且可以記住這些訊息傳遞很多小時,一直到子細胞週期。

再來,他們進一步發現,細胞週期蛋白 D 在這個過程中,扮演關鍵角色。一般來說,細胞週期蛋白 D 在母細胞的細胞週期後半段上升。然而,在本研究中去除生長因子並替換了生長因子後,在母細胞週期結束時,細胞週期蛋白D減少了。 而且,如果沒有太多的細胞週期蛋白 D,子細胞就不需要分裂。

總結以上,透過螢光傳感器設計、長期延時顯微鏡和細胞追踪技術的整合發現細胞可以選擇儲存或整合過去生長因子可用性的過程是一個重大的突破。另外,如果細胞持續感知生長因子訊息傳遞,而不是僅僅在子代周期的第一階段,那麼抗癌藥物殺癌細胞的作用時間可能會比以前認為的更長,若加以改進可望提供更好的治療效果。

延伸閱讀:破解癌症的起源:複製壓力與染色體錯誤分離

參考資料:
1. Science, 2020; eaay8241 DOI: 10.1126/science.aay8241
2. https://www.colorado.edu/today/2020/04/02/divide-or-not-divide-mother-cell-may-decide

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