《Cell》有趣發現：有些細胞在複製之前需要 「理個髮」

我們的許多細胞都裝備了一條毛茸茸的 「天線」，將外部環境相關的信息傳遞給細胞，科學家們已經發現，這些所謂的原纖毛的出現和消失，都是與細胞複製過程（稱為有絲分裂）同步的。現在，約翰霍普金斯大學的細胞生物學家報道稱，他們進一步闡釋了 「這種『脫髮』和細胞複製，是如何通過戲劇性的纖毛尖端削剪（科學們稱之為斬首）而相互關聯的」。 相關研究結果發表在 1 月 12 日的《Cell》雜誌上。

研究人員說，這一新信息是更好地理解 「細胞如何決定進行有絲分裂」 的關鍵，這一過程對於生物體的發育、組織的維持和癌症的形成，是不可或缺的。他們也希望，這項工作能揭示纖毛相關疾病，如多囊腎病，以及某些智力殘疾。

這項研究的負責人、約翰霍普金斯大學醫學院細胞生物學副教授 TakanariInoue博士說：「纖毛斬首此前已經被觀察過，但從未進行過探索。我們現在知道，這是一個正常的過程，而不僅僅是在一定的實驗條件下發生的事情。我們已經確定了驅動它的分子機制。」

像小型貨車上的天線一樣，初級纖毛是出現在腎臟、大腦、視網膜和內耳等器官內的細胞上的微小結構，並為細胞提供了外部流體的流動和化學方面的信息。

當一個細胞不分裂時，稱為靜止狀態，絕大多數的細胞結構是不斷變化的，但初級纖毛是相對穩定的。Inoue 和他的團隊試圖了解，是什麼原因致使一個細胞退出靜態並開始有絲分裂時發生 「理髮」，在有絲分裂過程中，複製的染色體分裂並填入兩個新 「姊妹」 細胞中。

他們首先比較了具有更多和更少 Inpp5e 酶的細胞，而以前的研究認為認為這種酶參與了纖毛的穩定性。向靜態小鼠胚胎細胞中的纖毛膜加入熒游標記後，研究人員拍攝了纖毛的尖端。它們似乎被切斷，並且每隔幾小時就漂走一次。

在缺失 Inpp5e基因的細胞中，當給予細胞進行有絲分裂的信號刺激時，「斬首」 率比較高。但是，當科學家們向 Inpp5e 蛋白添加了一個分子代碼時——這樣它會聚集在纖毛，斬首率就大大下降。Inoue 說，這表明 Inpp5e 在纖毛中的存在，可停止斬首過程，並且有絲分裂信號可將 Inpp5e 從纖毛中排出，以促進斬首過程。

Inoue 說：「因為 Inpp5e基因突變與朱伯特綜合征有關，其特徵是腦發育異常和智力障礙，我們現在懷疑 Inpp5e 會影響大腦發育。」

Inpp5e 的作用是抑制來自纖毛膜的一個脂肪樣分子，稱為 PIP2。結合 PIP2 的一個熒游標記向研究人員顯示，纖毛中的 PIP2 濃度，尤其是尖端附近，也是同步的：在細胞接收到有絲分裂信號後 PIP2 積累在纖毛尖端，在 PIP2 積聚部位纖毛被削去。

因為 PIP2 在線狀結構（由肌動蛋白形成）的形成中發揮關鍵的作用，該研究小組利用一種熒光生物感測器，來測量和可視化纖毛種這些結構的形成。在由於缺乏 Inpp5e 而含有過量 PIP2 的纖毛中，研究人員發現線的形成增加了十倍。此外，他們看到，線形成只是提前幾分鐘發生在斬首的部位。

Inoue 說：「我們認為，線的形成實際上提供了砍斷纖毛的力量。」

為了弄清斬首對纖毛拆卸有何影響，Inoue 實驗室的研究生和論文的主要作者 Siew Cheng Phua，設計了一種方法來停止纖毛內的線形成。她發現，這些線對於纖毛拆卸是至關重要的，並且斬首過程是纖毛全拆卸所必需的。

接下來，研究小組分析了纖毛斬首的時機。使用一種熒游標記彩虹，研究人員隨後跟蹤了具有纖毛的細胞，從靜止期細胞通過其過渡期到有絲分裂，這整個過程。纖毛呈藍色，細胞的細胞核由黃變紅變暗。在正常細胞中，纖毛斬首普遍發生，而細胞仍處於靜止狀態（黃色核），然後過渡到有絲分裂（暗核）。但是在其纖毛不能形成線的細胞中，不能削剪纖毛與從靜止到有絲分裂的過渡較慢相關。

Inoue 說：「不知何故，斬首可觸發纖毛萎縮；它們縮水超過了削剪。同時，這給細胞發送信號，告訴它們是時候退出靜止並開始分裂。」

當他們與日本的研究人員合作分析斬首的纖毛尖端的內容物時，他們發現，大多數分子對於細胞信號和纖毛生長是很重要的，這意味著斬首可調整纖毛的組成和功能。

根據 Phua 介紹，修剪纖毛的尖端，也可能具有臨床意義。最近的研究表明，多囊腎病患者尿液中含有封閉在包膜中的微小囊泡。Inoue說，很有可能它們是纖毛尖端，並且它們在疾病發展中起了重要作用，但需要更多的研究來證實這個想法。

Phua 補充說：「纖毛的異常感覺功能與一些癌症有關，如皮膚和腦腫瘤。纖毛斬首和有絲分裂之間的新聯繫，可以幫助我們了解『初級纖毛缺陷如何影響異常的細胞分裂，從而產生的腫瘤的形成』。」

原文：Dynamic Remodeling of Membrane CompositionDrivesCellCyclethrough Primary Cilia Excision