重要成果聚焦细胞分裂研究领域新进展！

本文中，小编整理了多篇研究成果，共同聚焦科学家们在细胞分裂研究领域取得的新进展，分享给大家！

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【1】Science：单个细胞分裂错误导致一连串具有癌症特征的突变

doi：10.1126/science.aba0712

染色体断裂-融合-桥循环（breakage-fusion-bridge cycle， BFB循环）是一种灾难性的突变过程，常见于肿瘤发生过程中，可导致基因扩增并推动基因组快速进化。BFB循环的主要机制尚不清楚，尤其是在这种循环中，染色体桥如何断裂的关键特征。此外，根据经典BFB模型预测的简单DNA序列重排模式并不常见于癌症基因组中。相反，BFB循环的DNA序列特征往往伴随着其他的基因组重排，包括另一种灾难性的突变模式，即染色体碎裂（chromothripsis）。

在一项新的研究中，来自美国多家研究机构的研究人员在一种已定义的系统中重现了BFB循环的基本步骤，使得能够进行机理研究和确定染色体桥形成的直接和长期基因组后果。为了确定染色体桥断裂的直接后果，他们将活细胞成像与单细胞全基因组测序（Look-Seq）相结合。通过比较子细胞或孙细胞（granddaughter cell， 即子细胞在分裂后产生的子细胞）的单倍型拷贝数和结构变异，就可以揭示BFB循环中的复杂突变机制，其中的一些突变机制经过两代以上才会发生。随后，在让实验诱导的4号染色体双着丝粒融合（dicentric fusion）形成的染色体桥发生断裂后，他们对源自单细胞的细胞群体进行了基因组分析，从而确定了染色体桥断裂的长期后果，相关研究结果发表在Science期刊上。

【2】Nat Commun eLife：科学家成功揭开细胞分裂的奥秘 并阐明特殊蛋白水平升高在癌症发生中扮演的关键角色

doi：10.1038/s41467-019-14087-0  doi：10.7554/eLife.49797

近日，刊登在国际杂志Nature Communications和eLife上的研究报告中，来自普林斯顿大学等机构的科学家们通过研究解开了细胞分类的奥秘，同时还阐明了特殊蛋白质水平的升高在癌症发病过程中扮演的关键角色。

文章中，研究人员成功在试管中再现了参与细胞分裂的关键过程，同时揭示了一种关键蛋白在超过25%的癌症类型中所起到的关键作用；相关研究结果或是重建整个细胞分裂机制的关键一步，有望未来帮助研究人员开发有效抑制癌细胞生长的新型疗法。当细胞开始分裂时，一种由数千个称之为微管的细丝组成的纺锤状结构就会附着在染色体上，并将相同数量的细丝牵拉入每个新形成的细胞中，每个微管都是由单个微管蛋白分子组装形成，由于染色体分离的错误会引发癌症，因此其必须在正确的时间和位置组装形成微管，从而才能形成功能性的纺锤体，分支微管成核过程（Branching microtubule nucleation），即一个新的微管从一个现有的微管的侧面形成，其对于这个过程至关重要，因为其能促进细胞形成大量微管，这些微管都会指向染色体使其能被纺锤体所捕获。

【3】Cell：揭示Ω-3脂肪酸促进脂肪干细胞分裂产生更多脂肪细胞机制

doi：10.1016/j.cell.2019.11.005

多年来，科学家们已知道初级纤毛存在缺陷与肥胖和胰岛素抵抗有关。如今，在一项新的研究中，来自美国斯坦福大学医学院的研究人员发现一类微小的称为初级纤毛（primary cilium）的毛发状附属物感知饮食中的Ω-3脂肪酸，而且这种信号直接影响脂肪组织中的干细胞如何分裂并转变为脂肪细胞。相关研究结果近期发表在Cell期刊上。

这一发现将饮食科学与分子生物学和细胞生物学相关联起来。饮食研究早就发现作为食用鱼和坚果中常见的必需脂肪酸，Ω-3脂肪酸的摄入与心脏病、中风、关节炎甚至抑郁症的风险降低有关。Jackson实验室的研究人员在开始这项研究时起初并未寻找Ω-3脂肪酸。他们仅寻找脂肪干细胞感知的信号分子。这种信号分子可以是任何东西：细胞生物学中的信号通路通常涉及鲜为人知的秘密分子。他们只知道在涉及初级纤毛缺陷的罕见疾病中，患者总是饥饿，无法停止进食，变得肥胖和产生胰岛素抵抗。因此，当证实这种信号分子是Ω-3脂肪酸时，他们感到非常吃惊。这些脂肪干细胞通过初级纤毛感知Ω-3脂肪酸的存在。

【4】Cell：在细胞分裂时，组蛋白化学修饰也可遗传，并在维持后代细胞身份中起关键作用

doi：10.1016/j.cell.2019.10.009

在一项新的研究中，来自美国纽约大学朗格尼医学中心的研究人员发现不仅DNA的遗传，而且包装DNA的蛋白发生的变化的遗传在细胞增殖时维持它们的身份。这项研究揭示了在发育期间，每个细胞进行增殖而产生两个子细胞时，它们将它们的身份传递给下一代细胞。这些研究人员说，所有细胞都具有一套相同而又完整的DNA，但是每个细胞经编程后激活或沉默某些基因，从而确定它们是成为心脏细胞，还是成为肠道细胞等其他细胞。相关研究结果近期发表在Cell期刊上。

这项新的研究证实保持细胞身份的机制是基于DNA的包装方式。人们已知在细胞核中，分子DNA链被包裹在核小体（nucleosome）中一组称为组蛋白的蛋白周围，所有这一切都位于称为染色质的较大超结构中。此外，已知组蛋白的“尾巴”延伸到核小体的外面，使得它们可发生化学变化，这些化学变化决定着一个染色质区域是否“开放”，这就决定着DNA是可接近的，还是紧密压缩的，这也就决定着这个区域中的基因是发生沉默，还是进行转录。在这项新的研究中，这些研究人员设计了一种方法来追踪核小体中组蛋白发生的化学修饰是否准确地从亲本细胞传递到细胞分裂后形成的两个子细胞中的相同DNA区域。

【5】Nat Cell Biol：新研究阐释不对称细胞分裂与衰老之间的关系

doi：10.1038/s41556-019-0364-8

最近，来自Seville大学（CABIMER）的研究人员发现了一种新的，可以用于解释解发生不对称细胞分裂的细胞的过早衰老的机制。这对于研究并预测与衰老相关的疾病（例如癌症和神经退行性疾病）的发展非常有用。该研究发表在最新一期的Nature Cell Biology杂志上。在不对称分裂过程中，所得细胞具有不同的形态和大小，不同的细胞内容物含量以及与不同的活力。

非对称分裂的最典型例子是母细胞，它可以在每次分裂后再生，同时产生出更多的专门性的细胞，从而可以形成不同类型的组织。母细胞的数量的稳态是维持组织结构的基础。这些细胞的数量的降低则会导致组织混乱和过早老化，而过多的母细胞会导致组织增生或肿瘤的发生。

图片来源：Arina Rybina and Julius Hossain, Ellenberg group, EMBL

【6】Cell Rep：细胞分裂是如何受到调节的？

doi：10.1016/j.celrep.2019.05.004

-结合组织成像和人工智能，南卡罗来纳医科大学的霍林斯癌症中心研究人员深入探讨了细胞分裂周期是如何受到调节的。相关结果发表在最近的Cell Reports杂志上。由于身体由许多不同类型的细胞组成，这些细胞聚集在一起形成复杂的器官，因此一次性研究整个身体可能非常复杂。以前的研究观察了体外细胞培养系统中的单个细胞，为细胞内部的生物学提供了基本答案，但却忽略了当所有细胞共同作用形成器官时发生的相互作用。

在这一研究中，作者揭示了“转录因子蛋白（E2F家族）在哺乳动物细胞中的时空表达调控机制。哺乳动物具有至少九种不同的E2F转录因子，具有激活（on）或抑制（off）功能。 “转录是第一个从DNA中产生蛋白质的生物过程，而转录因子则是这一过程的开关，”作者解释说。

【7】PNAS：科学家们首次在细胞外重构的细胞分裂过程

doi：10.1073/pnas.1814854116

在最近一项研究中，科学家们通过构建细胞外模型，揭示了细胞分裂的新机制，相关结果发表在PNAS杂志上。该研究帮助科学家了解细胞开展日常活动的物理过程，并有朝一日可以带来医学上的突破。

细胞如何分裂是试图创造生命的最基本特征，这是我们数百年来一直试图理解的东西，细胞在身体中移动，但是一些最复杂的运动发生在细胞内部，其中包括细胞分裂。这一过程的关键参与者之一是肌动蛋白，一种帮助细胞自我组装的重要元件。对此，作者通过尝试在细胞外构建“细胞”模型，了解肌动蛋白作用背后的物理学。

【8】Nature：重磅！科学家开发出人类细胞分裂的首个蛋白质互作模型

doi：10.1038/s41586-018-0518-z

有丝分裂是（即细胞一分为二）有机体生命的基础过程，近日，一项刊登在国际杂志Nature上的研究报告中，来自欧洲分子生物学实验室的科学家们通过研究绘制出了促进细胞分裂的首张蛋白质互作图谱，其能够帮助研究人员有效追踪推动细胞分类过程的特殊蛋白的位置和种类。

2010年，研究人员通过研究鉴别出了负责人类细胞分裂的关键人类基因组区域，但细胞并不会依靠基因组DNA来运行，其依赖于DNA所编码的蛋白质来运行，蛋白质能在细胞中完成大部分工作，从而形成细胞的“运作”水平；诸如有丝分裂等过程需要在时间和空间上与数百种不同的蛋白质紧密协调，蛋白质通常会以团队形式工作，类似于在大型建筑工地上的专业建筑工人团队。

研究者Jan Ellenberg说道，截止到目前为止，很多单个实验室仅能对活细胞中单一蛋白质的作用机理进行研究，这项研究中我们利用了一种特殊的系统性策略，清楚的观察到了人类活细胞中形成的蛋白质动态网络；随后研究人员将这些有丝分裂细胞图谱中的数据整合到了交互式的4-D计算机模型中，在这种公共资源中，科学家们就能够自由选择有丝分裂蛋白的任意组合，并且实时观察其在细胞分类过程中的作用模式。

【9】Nature：科学家解析控制细胞分裂的新型分子机制

doi：10.1038/s41586-018-0279-8

近日，一项刊登在国际杂志Nature上的一篇研究报告中，来自苏黎世大学的科学家们通过研究阐明了细胞分裂的新型控制机制。正如每个厨师都会经历一样，当将香醋和橄榄油混合时，两种液体是彼此分开的，醋滴会浮在油面上，在物理学中，这就构成了液体的两相，而分子间的相分离也会发生在细胞内部。

这项研究中，研究人员发现了一种能够控制细胞分裂的特殊酶类（DYRK3），这类酶是一种双特异性的激酶，当细胞分裂时，DYRK3酶就会促进不同相的混合，这就保证了细胞能够正确构建分离染色体及分裂细胞内容物的细胞机器，当细胞分裂后，酶类DYRK3就会被破碎，而且单一相就会再次形成。如果一切按照计划进行的话，遗传物质、细胞器以及细胞内容物就会在子代细胞中被正确分配，这些基础性的研究发现或许就能帮助研究人员深入理解细胞分裂的过程。

【10】Science：首次在成年大脑中观察到干细胞分裂

doi：10.1126/science.aao5056

在一项新的研究中，来自瑞士苏黎世大学的研究人员首次在完整的成年大脑中成功地跟踪了单个干细胞及其神经元后代数个月的时间。这对一生当中新的神经元是如何产生的提出新的见解。相关研究结果发表在2018年2月9日的Science期刊上。在胚胎发育结束时，新的神经细胞产生一度被认为逐渐消失了。然而，近期的研究表明成年大脑能够在整个生命过程中产生新的神经细胞。这种情况发生的大脑区域之一是海马体，即一种决定多种学习和记忆类型的大脑结构，它也决定什么被记住和什么被遗忘。

在这项新的研究中，苏黎世大学大脑研究所教授Sebastian Jessberger及其团队首次展示了神经干细胞分化和新生的神经元在成年小鼠的海马体中整合的过程。这些研究人员对神经干细胞进行体内双光子成像和遗传标记，以便观察干细胞分裂，并且追踪新的神经细胞成熟长达两个月的时间。通过在一段时间内观察这些细胞发挥作用，他们展示了大多数干细胞在成熟为神经元之前仅分裂几轮。这些结果就解释了为何随着年龄的增加，新生细胞的数量急剧下降。（生物谷Bioon.com）

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