MIT最新研究：上皮细胞的染色体分离可能没有你想象的那么简单

高中生物课本有关染色体分离的相关知识你是否还记得？今天要要讲的知识点可能会使各位读者对高中必考知识点有更加进一步的了解。先前的细胞分裂现象均是基于单纯的细胞层面进行观察，而通过细胞观测所得的观测结已经被当作定论写入各种生物课本。而来自 MIT 生物系的 Kristin A. Knouse 教授利用器官培养模型证明，器官组织结构对染色体的正确分离至关重要。同时其研究结果提示，器官组织结构的破坏可能是上皮癌细胞中存在大量染色体不稳定现象的病理学基础。该研究的最新成果发表于 8 月 23 日的《Cell》杂志。

 

所有的生物的生长和繁殖都依赖于其体内各种细胞的复制以及染色体自身准确的拷贝。此过程的每个步骤均在有机个体的细胞中在精细调控下进行。基于这一观察结果，科学家们研究了染色体的复制和分离，这种复制分离现象完全发生在细胞内部。具体的讲，我们不妨回忆一下高中生物课本中有关有丝分裂后期的相关知识——有丝分裂后期染色体分离，从赤道板向两极移去。而这些观察结果均是基于细胞层面的观测。

 

麻省理工学院生物学家的新研究表明，这个几乎成为定论的假设似乎并不能完全反应事实。在本周发表的一篇论文中，他们描述了某些类型的细胞是如何依赖周围组织的信号来维持染色体的稳定性并保证其准确分离的。

 

Whitehead 研究所的研究员Kristin Knouse 及其合作伙伴 Angelika Amon 表示，“该研究的主要意义在于我们必须通过动植物的天然组织中去研究细胞才能真正了解他们的生物学行为，从细胞系中获得的结果并没有描绘出染色体整个画面”。

 

当细胞复制时，新复制的染色体在细胞内排列，细胞内的结构将相同的染色体拷贝拉到细胞相反一侧。然后细胞在中间分开，将每个染色体的一个拷贝平均分到新的子细胞内。实际上，在将染色体分离到子细胞的过程中有时会出现错误，这一现象称为染色体错误分离。一些错误仅会导致 DNA 损坏。其他错误可能会导致染色体在子细胞之间不均匀分裂，这种情况称为非整倍性分裂。这些错误几乎均对细胞的发育有害并且可能是致命的损伤。在发育胚胎时，非整倍性分裂可导致流产或发育障碍，如唐氏综合症。在成人中，染色体不稳定性现象存在于大量肿瘤细胞内。

 

为了研究这些错误，先前的科学家们将细胞从周围组织中剥离并将其置于易于操作的塑料培养皿中。 

 

几十年来，人们一直在研究染色体分离，而通过对单个细胞的观测先前的研究者认为离体细胞和组织内的细胞均会以相同的方式进行染色体分离。然而，在以前的工作中，Knouse 发现在培养皿中生长的细胞出现染色体非整倍性分离的概率远高于在其天然组织中的细胞。这促使她和她的同事们研究细胞周围环境是否会影响细胞分裂的准确性。为了回答这个问题，他们比较了原生和非原生环境中五种不同细胞类型之间的错误分离率。并非所有细胞的原生环境都一样。有些细胞，如那些形成皮肤的细胞，在一个非常有条理的环境中生长，在这样有条理的环境中它们总是成簇存在且有固定的生长方向。然而其他细胞，如血液中的细胞，具有更大的独立性，与周围组织的相互作用很小。

 

在这项新研究中，研究人员观察到在天然组织的结构化环境中生长的细胞在细胞分裂时染色体能够准确地分离。但是一旦将它们移入培养皿中，染色体错误分离率就会急剧增加，而与组织结构关系较少的细胞不受培养皿中缺乏结构环境因素的影响。

 

因此，研究人员发现，保持细胞原生环境的组织结构对染色体稳定性至关重要。从组织环境中移除的细胞并不能如实反映染色体分离的自然过程。同时，研究人员还明确了组织结构对染色体分离中涉及的基因表达没有明显影响。组织结构破坏导致染色体分离异常可能并不依赖突变或基因表达的变化而产生，相反，这一异常现象可能是由周围结构机械力的破坏而导致。

 

通过肿瘤基因组计划，科学家们认识到，尽管染色体错误分离率很高，但许多肿瘤的发生并不是由调控染色体分离的基因发生突变而导致。因此，这项研究表明，组织结构的破坏可能是某些肿瘤产生的罪魁祸首。

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参考文献： https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S009286741830970X

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