细胞分裂的启动信号：分子开关确保细胞在正确的时间分裂

我们体内每秒大约有100个细胞分裂。细胞分裂中的一个关键蛋白质是一种名为Plk1的蛋白激酶，因为它激活了参与这一过程的其他蛋白质。Plk1在许多类型的癌症中也过表达。这使其成为癌症治疗的一个有前景的靶点。然而，抑制Plk1的药物往往被证明是无效的

由Peter Lenart和Monica Gobran领导的研究人员在《EMBO杂志》上发表的新发现可能有助于改进治疗方法。他们发现了Plk1的一个以前未知的功能：它调节细胞分裂的及时开始。当蛋白质被抑制时，细胞会在几个小时后开始分裂

细胞分裂使单个受精卵发育成活体，我们的皮肤得以自我更新，伤口得以愈合。在每次细胞分裂（称为有丝分裂）之前，必须首先复制遗传信息。这确保了细胞中准备分裂的每条染色体都会收到两份遗传信息

一旦开始，细胞分裂通常会经历所有阶段，直到形成两个基因相同的子细胞。在这个过程中，染色体在分子“拉绳”（称为纺锤体装置）的帮助下连接到细胞的两极，这些拉绳彼此相邻排列，最后被拉到相反的细胞两极

然后，细胞在空间上分离的染色体组之间分裂。错误或不受控制的细胞分裂可能会产生严重后果，导致癌症等疾病

Plk1在这一监管过程中起着关键作用。它通过添加一个分子标签（磷酸基团）来激活参与细胞分裂的其他蛋白质。然而，它在细胞分裂早期的确切作用在研究中一直存在争议

“之前的研究表明，Plk1对细胞开始分裂至关重要，”Lenart说，他是德国哥廷根马克斯·普朗克多学科科学研究所（MPI）卵母细胞细胞骨架动力学研究小组的负责人

细胞分裂的正确时机

他的团队现在发现Plk1对细胞分裂的开始不是必需的。细胞生物学家报告称：“相反，它起着分子开关的作用，以确保细胞在正确的时间开始分裂。Plk1对于正确的时间至关重要。”

当研究人员抑制活细胞中的Plk1时，细胞在有丝分裂的前期停留长达10小时——这通常只需要大约15分钟。在这个阶段，细胞通过压缩或“浓缩”染色体来为细胞分裂做准备

该研究的第一作者Gobran说：“实验室的一个关键时刻是，几个小时后，我们突然观察到染色体凝结，细胞继续分裂周期。”

Gobran开发的一种新的显微镜分析使这一发现成为可能。这位博士生成功地对数百个活细胞进行了成像，这些活细胞在细胞分裂周期的24小时以上时间里浓缩了它们的染色体

细胞分裂方式不同

实验还揭示了另一个发现：细胞分裂非常独立，即使它们属于相同的细胞类型。“一些细胞在细胞周期中落后，而另一些细胞甚至没有开始分裂。”正如Lenart补充的那样，单个细胞对受抑制的蛋白质的反应也非常不同，“到目前为止，人们一直忽视了即使没有Plk1，细胞分裂也会比正常情况晚开始。”在同事Antonio Politi的帮助下，研究人员能够使用数学模型再现细胞的可变行为，从而解释Plk1如何作为细胞分裂开始的催化剂

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通过与该研究所的质谱、数据分析和生物统计学专家Henning Urlaub和Juliane Liepe的合作，该团队还成功地确定了早期前期哪些蛋白质被磷酸基团标记

Lenart指出：“通过这种方法论，我们现在有了一种技术，可以在细胞分裂开始前的前期停止细胞。这个阶段通常很短，很难在细胞和生化水平上进行研究。”

癌症治疗的新方法研究人员的发现可能为未来癌症治疗提供一种新方法。研究小组负责人说：“与其他防止有丝分裂的化合物结合使用，Plk1抑制剂可能具有更大的治疗益处。”

研究小组的下一个目标是了解Plk1在卵细胞专门分裂（称为减数分裂）中的作用。例如，人类卵细胞在前期状态下会持续数十年 More information: Monica Gobran et al, PLK1 inhibition delays mitotic entry revealing changes to the phosphoproteome of mammalian cells early in division, The EMBO Journal (2025). DOI: 10.1038/s44318-025-00400-9

Journal information: EMBO Journal