我們的許多細(xì)胞都配備了一個發(fā)電的“天線”，可以將有關(guān)外部環(huán)境的信息傳遞給細(xì)胞，科學(xué)家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這些所謂的初級纖毛的出現(xiàn)和消失與細(xì)胞復(fù)制過程同步，稱為有絲分裂?，F(xiàn)在，約翰霍普金斯大學(xué)的細(xì)胞生物學(xué)家報告發(fā)現(xiàn)了關(guān)于這種“脫發(fā)”和細(xì)胞復(fù)制是如何通過纖毛尖端的戲劇性剪切 - 科學(xué)家配音斬首 - 開始他們的拆解相關(guān)聯(lián)的新信息的發(fā)現(xiàn)。

研究人員表示，新信息是更好地了解細(xì)胞如何決定進行有絲分裂的關(guān)鍵，有絲分裂是生物體發(fā)育，組織維持和癌癥形成的必要過程。他們還希望他們的工作能夠揭示纖毛相關(guān)疾病，如多囊腎病和某些形式的智力殘疾。

“以前曾觀察過纖毛的斷頭，但從未進行過探索，”約翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院細(xì)胞生物學(xué)副教授Takanari Inoue博士說。“我們現(xiàn)在知道這是一個正常的過程，而不僅僅是在某些實驗條件下發(fā)生的事情。我們已經(jīng)確定了驅(qū)動它的分子參與者。”

像小型貨車上的天線一樣，初級纖毛是在腎臟，大腦，視網(wǎng)膜和內(nèi)耳以及其他器官中的細(xì)胞上出現(xiàn)的微小結(jié)構(gòu)，并為細(xì)胞提供有關(guān)外部流體的流動和化學(xué)的信息。

當(dāng)細(xì)胞不分裂時，稱為靜止?fàn)顟B(tài)，大多數(shù)細(xì)胞結(jié)構(gòu)不斷變化，但初級纖毛相對穩(wěn)定。井上和他的小組試圖了解當(dāng)細(xì)胞退出靜止并開始有絲分裂時導(dǎo)致“理發(fā)”的原因，在此期間復(fù)制的染色體分裂并填充兩個新的“子”細(xì)胞。

他們首先將細(xì)胞與越來越少的一種名為Inpp5e的酶進行比較，之前的研究已經(jīng)暗示了纖毛的穩(wěn)定性。在靜息小鼠胚胎細(xì)胞的纖毛膜上添加熒光標(biāo)簽后，該團隊錄下了纖毛的提示。他們似乎每隔幾個小時就被切斷并漂走一次。

在缺失Inpp5e基因的細(xì)胞中以及當(dāng)給予細(xì)胞刺激有絲分裂的信號時，斬首率更高。但是當(dāng)科學(xué)家們在Inpp5e蛋白質(zhì)中加入分子代碼以便它會聚集在纖毛中時，斬首率就會大大減慢。Inoue說，這表明Inpp5e在纖毛中的存在阻礙了斬首過程，并且有絲分裂信號從纖毛中排出Inpp5e以促進斬首。

“因為Inpp5e中的基因突變與Joubert綜合征相關(guān)，Joubert綜合征的特征是大腦發(fā)育異常和智力障礙，我們現(xiàn)在懷疑Inpp5e會影響大腦發(fā)育，”Inoue說。

Inpp5e的功能是從纖毛膜上消耗脂肪樣分子，稱為PIP2。與PIP2結(jié)合的熒光標(biāo)簽向研究人員表明，纖毛中PIP2的濃度，特別是尖端附近的PIP2濃度也是同步的：PIP2在細(xì)胞接收到有絲分裂信號后積聚在纖毛尖端，纖毛在該部位被剪掉PIP2積累。

因為PIP2在由蛋白質(zhì)肌動蛋白制成的線狀結(jié)構(gòu)的形成中起關(guān)鍵作用，所以該團隊使用熒光生物傳感器來測量和觀察纖維中結(jié)構(gòu)的形成。由于缺乏Inpp5e，在含有過量PIP2的纖毛中，研究人員發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線形成增加了十倍。此外，他們發(fā)現(xiàn)電線形成恰好在提前幾分鐘就發(fā)生在斬首現(xiàn)場。

“我們認(rèn)為線材的形成實際上提供了斬斷纖毛的力量，”井上說。

為了了解斬首如何影響其余的纖毛拆卸，井上實驗室的研究生和論文的主要作者Siew Cheng Phua設(shè)計了一種阻止纖維內(nèi)纖維形成的方法。她發(fā)現(xiàn)電線對于纖毛斷頭是必不可少的，并且完全拆解纖毛需要斷頭。

接下來，該團隊分析了纖毛斬首的時間。研究人員使用彩虹熒光標(biāo)簽，通過過渡到有絲分裂的過程，跟蹤細(xì)胞中的纖毛。纖毛以藍(lán)色標(biāo)記，隨著細(xì)胞核的進展，細(xì)胞核從黃色變?yōu)榧t色至黑色。在正常細(xì)胞中，一般發(fā)生纖毛斷裂，而細(xì)胞仍然處于靜止?fàn)顟B(tài)(黃色核)，然后轉(zhuǎn)變?yōu)橛薪z分裂(暗核)。但是在纖毛被阻止形成細(xì)胞的細(xì)胞中，無法蛻皮纖毛與從靜止到有絲分裂的較慢轉(zhuǎn)變相關(guān)。

“不知何故，斬首會觸發(fā)纖毛的縮小;它們的縮小比剪掉的還多，”井上說。“與此同時，這似乎向小組發(fā)出信號，表示是時候退出靜止并開始分裂了。”

當(dāng)他們分析斬首纖毛梢的內(nèi)容 - 與日本研究人員的合作項目 - 他們大多發(fā)現(xiàn)了對細(xì)胞信號傳導(dǎo)和纖毛生長很重要的分子，這意味著斬首可以調(diào)節(jié)纖毛的組成和功能。

據(jù)Phua說，纖毛的尖端也可能具有臨床意義。最近的研究表明，多囊腎病患者的尿液中含有微小的囊膜。井上說，它們可能是纖毛提示，并且它們在疾病發(fā)展中起作用，但需要更多的研究來證實這一想法。

Phua補充說：“纖毛的異常感覺功能與某些癌癥有關(guān)，如皮膚癌和腦癌。纖毛斷頭和有絲分裂之間的新聯(lián)系可以幫助我們了解初級纖毛的缺陷如何影響癌癥形成的異常細(xì)胞分裂。”