《Cell》有趣发现：有些细胞在复制之前需要 “理个发”

我们的许多细胞都装备了一条毛茸茸的 “天线”，将外部环境相关的信息传递给细胞，科学家们已经发现，这些所谓的原纤毛的出现和消失，都是与细胞复制过程（称为有丝分裂）同步的。现在，约翰霍普金斯大学的细胞生物学家报道称，他们进一步阐释了 “这种‘脱发’和细胞复制，是如何通过戏剧性的纤毛削剪（科学们称之为斩首）而相互关联的”。 相关研究结果发表在 1 月 12 日的《Cell》杂志上。

研究人员说，这一新信息是更好地理解 “细胞如何决定进行有丝分裂” 的关键，这一过程对于生物体的发育、组织的维持和癌症的形成，是不可或缺的。他们也希望，这项工作能揭示纤毛相关疾病，如多囊肾病，以及某些智力残疾。
这项研究的负责人、约翰霍普金斯大学医学院细胞生物学副教授 Takanari Inoue 博士说：“纤毛斩首此前已经被观察过，但从未进行过探索。我们现在知道，这是一个正常的过程，而不仅仅是在一定的实验条件下发生的事情。我们已经确定了驱动它的分子机制。”
像小型货车上的天线一样，初级纤毛是出现在肾脏、大脑、视网膜和内耳等器官内的细胞上的微小结构，并为细胞提供了外部流体的流动和化学方面的信息。
当一个细胞不分裂时，称为静止状态，绝大多数的细胞结构是不断变化的，但初级纤毛是相对稳定的。Inoue 和他的团队试图了解，是什么原因致使一个细胞退出静态并开始有丝分裂时发生 “理发”，在有丝分裂过程中，复制的染色体分裂并填入两个新 “姊妹” 细胞中。
他们首先比较了具有更多和更少 Inpp5e 酶的细胞，而以前的研究认为认为这种酶参与了纤毛的稳定性。向静态小鼠胚胎细胞中的纤毛膜加入荧光标记后，研究人员拍摄了纤毛的。它们似乎被切断，并且每隔几小时就漂走一次。
在缺失 Inpp5e 基因的细胞中，当给予细胞进行有丝分裂的信号刺激时，“斩首” 率比较高。但是，当科学家们向 Inpp5e 蛋白添加了一个分子代码时——这样它会聚集在纤毛，斩首率就大大下降。Inoue 说，这表明 Inpp5e 在纤毛中的存在，可停止斩首过程，并且有丝分裂信号可将 Inpp5e 从纤毛中排出，以促进斩首过程。
Inoue 说：“因为 Inpp5e 基因突变与朱伯特综合征有关，其特征是脑发育异常和智力障碍，我们现在怀疑 Inpp5e 会影响大脑发育。”
Inpp5e 的作用是抑制来自纤毛膜的一个脂肪样分子，称为 PIP2。结合 PIP2 的一个荧光标记向研究人员显示，纤毛中的 PIP2 浓度，尤其是附近，也是同步的：在细胞接收到有丝分裂信号后 PIP2 积累在纤毛，在 PIP2 积聚部位纤毛被削去。
因为 PIP2 在线状结构（由肌动蛋白形成）的形成中发挥关键的作用，该研究小组利用一种荧光生物传感器，来测量和可视化纤毛种这些结构的形成。在由于缺乏 Inpp5e 而含有过量 PIP2 的纤毛中，研究人员发现线的形成增加了十倍。此外，他们看到，线形成只是提前几分钟发生在斩首的部位。
Inoue 说：“我们认为，线的形成实际上提供了砍断纤毛的力量。”
为了弄清斩首对纤毛拆卸有何影响，Inoue 实验室的研究生和论文的主要作者 Siew Cheng Phua，设计了一种方法来停止纤毛内的线形成。她发现，这些线对于纤毛拆卸是至关重要的，并且斩首过程是纤毛全拆卸所必需的。
接下来，研究小组分析了纤毛斩首的时机。使用一种荧光标记彩虹，研究人员随后跟踪了具有纤毛的细胞，从静止期细胞通过其过渡期到有丝分裂，这整个过程。纤毛呈蓝色，细胞的细胞核由黄变红变暗。在正常细胞中，纤毛斩首普遍发生，而细胞仍处于静止状态（黄色核），然后过渡到有丝分裂（暗核）。但是在其纤毛不能形成线的细胞中，不能削剪纤毛与从静止到有丝分裂的过渡较慢相关。
Inoue 说：“不知何故，斩首可触发纤毛萎缩；它们缩水超过了削剪。同时，这给细胞发送信号，告诉它们是时候退出静止并开始分裂。”
当他们与日本的研究人员合作分析斩首的纤毛的内容物时，他们发现，大多数分子对于细胞信号和纤毛生长是很重要的，这意味着斩首可调整纤毛的组成和功能。
根据 Phua 介绍，修剪纤毛的，也可能具有临床意义。近的研究表明，多囊肾病患者尿液中含有封闭在包膜中的微小囊泡。Inoue 说，很有可能它们是纤毛，并且它们在疾病发展中起了重要作用，但需要更多的研究来证实这个想法。
Phua 补充说：“纤毛的异常感觉功能与一些癌症有关，如皮肤和脑肿瘤。纤毛斩首和有丝分裂之间的新联系，可以帮助我们了解‘初级纤毛缺陷如何影响异常的细胞分裂，从而产生的肿瘤的形成’。”
原文：Dynamic Remodeling of Membrane Composition Drives Cell Cycle through Primary Cilia Excision.