科学家发现细胞周期在纤毛形成中的新作用

令人敬畏的细胞分裂过程可以将受精卵变成婴儿，也可以将癌细胞变成恶性肿瘤。有这么多利害关系，大自然在一个被称为细胞周期的过程中严格控制着它，科学家们认为他们已经完全理解了这个过程

但现在发现还有更多的事情需要了解。加州大学旧金山分校的科学家发现，细胞也可以利用细胞周期来控制它们如何长出被称为纤毛的毛状突起

“几十年来，我们一直在深入研究细胞周期，在这里，我们发现它以一种新的方式工作，”加州大学旧金山分校生物物理和生物化学教授、该论文的资深作者Jeremy Reiter博士说，该论文于2024年5月29日发表在《自然》杂志上。“这只老狗的细胞周期比我们意识到的要多。”

打破预防癌症的规则

多分化细胞对人类健康至关重要。在肺部，它们的纤毛来回摆动，以防止粘液等液体聚集。在生殖系统中，它们帮助卵子通过输卵管进入子宫。在大脑中，他们清除脑脊液以清除废物。当它们出现故障时，严重的疾病随之而来

Reiter和他的同事想了解这些细胞是如何发育的，所以他们使用了一种名为单细胞RNA测序的技术来观察肺部单个多细胞中哪些基因开启和关闭

他们在不同的成熟阶段捕捉到了它们，希望能一窥纤毛生长所需的基因指令，并发现了一种看起来像细胞周期的模式

先前的研究发现，一些被称为细胞周期蛋白的细胞周期蛋白在纤毛生长过程中具有活性，以及在细胞分裂过程中锚定两组染色体的中心粒

然而Reiter的团队发现，许多细胞周期基因，远远不止是细胞周期蛋白，在肺细胞中高水平表达，即使细胞没有分裂

Reiter实验室的研究员、该论文的第一作者Semil Choksi博士说：“在开发多细胞时，我们看到了细胞周期调节因子的顺序表达，如细胞周期蛋白和CDKs，这与我们预期在干细胞中看到的相同。”

很明显，这不是典型的细胞周期。首先，科学家们称之为“多细胞周期”的这种替代细胞周期产生了异常多的中心粒，远远超过了细胞分裂过程中产生的四个中心粒

Choksi说：“如果细胞周期出现问题，产生过多的中心粒，就会导致癌症。”。“不知何故，这种严格的抗癌规则，每个细胞不超过四个中心粒，在多细胞分化细胞中被特别打破，形成数百个中心粒。”

细胞管弦乐队演奏了一些新的东西

Choksi和Reiter仔细研究了肺细胞的多细胞分化周期与经典细胞周期在逐个基因分裂干细胞方面的不同之处。一种名为E2F7的特殊基因脱颖而出。它在干细胞中的表达中等，但在成熟的多纤毛细胞中明显较高

事实上，当E2F7在动物模型中完全丧失功能或被敲除时，多纤毛细胞未能正确发育，导致大脑出现问题

Reiter说：“我们认为进化可能会改变的一个旋钮是通过上调E2F7，将经典细胞周期改变为多细胞周期。”

随后，科学家们发现缺乏E2F7的多细胞开始合成新的DNA&mdash；细胞分裂的标志。数百个用于最终在细胞表面构建纤毛的中心粒被卡在了细胞体内

如果细胞周期就像分子管弦乐队演奏的特定乐谱，那么E2F7就是一个新的指挥家，指导该管弦乐队中的相同乐器演奏新的曲调，即多细胞周期

Reiter说：“进化显然使细胞周期适应了细胞分裂之外的各种细胞项目。”。“看看它还能做什么，我会很兴奋。”