教科书将改写?子细胞分裂的命运由母细胞决定?

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由现今科学证据以及教科书记载,诱发真核细胞执行有丝分裂(mitosis)的有丝分裂原(mitogen)只有在 G1 中会被检测到,而子细胞可以决定是否继续细胞分裂。

近日,由科罗拉多大学波德分校(CU Boulder)的研究团队刊登于《Science》的一篇研究颠覆了教科书内容,即是有丝分裂原讯息传递在整个母细胞的细胞周期中都是存在的,即使相隔 1 个小时的有丝分裂讯息传递也可能在 12 小时后影响细胞增殖,显示母细胞可以决定子细胞继续分裂增殖的命运。本研究帮助人们更深入了解细胞选择增殖的原因和时间,也可望进一步帮助科学家调整或扩大癌症药物治疗的时机。

先前的教科书提到的实验都必须先删除所有生长因子,才能使细胞的循环同步,进而扰乱细胞的循环行为。但是,该研究团队使用了延时显微镜和细胞追踪技术,这使他们能够在自己的时间拍摄自己做的事情。他们使用计算单元追踪功能,能借由透过数百张连续图像追踪同一单元格,使得其能在 48 小时内追踪成千上万个单元格。

接着,他们在母细胞周期的不同阶段中去除并替换了能促进细胞分裂的生长因子。结果显示,在母细胞中去除这些生长因子的时间越长,子细胞分裂的可能性就越小。如果去除生长因子超过 9 个小时,则所有子细胞均不会分裂。无论他们在何时阻断这种讯息传递,细胞都能感觉到它,而且可以记住这些讯息传递很多小时,一直到子细胞周期。

再来,他们进一步发现,细胞周期蛋白 D 在这个过程中,扮演关键角色。一般来说,细胞周期蛋白 D 在母细胞的细胞周期后半段上升。然而,在本研究中去除生长因子并替换了生长因子后,在母细胞周期结束时,细胞周期蛋白D减少了。 而且,如果没有太多的细胞周期蛋白 D,子细胞就不需要分裂。

总结以上,透过萤光传感器设计、长期延时显微镜和细胞追踪技术的整合发现细胞可以选择储存或整合过去生长因子可用性的过程是一个重大的突破。另外,如果细胞持续感知生长因子讯息传递,而不是仅仅在子代周期的第一阶段,那么抗癌药物杀癌细胞的作用时间可能会比以前认为的更长,若加以改进可望提供更好的治疗效果。

延伸阅读:破解癌症的起源:复制压力与染色体错误分离

参考资料:
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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