分，還是不分，這是誰的問題？
圖片來源：Steven Lee/Whitehead Institute
人體細胞會以不同的速度增殖。有的細胞在人的一生當中會不斷分裂，比如沿著腸道排列的那些細胞。還有一些則很少分裂，有時它們可以長達數年都處於一種不分裂的休眠狀態。
現在，一項新的研究發現了有助於控制細胞休眠的分子機制，揭示了細胞如何能有目的地選擇保留分裂能力。這一發現不僅對理解細胞分裂和細胞狀態具有重要意義，而且對理解支持這些細胞機制的動態過程也具有重要意義。新研究發現了一組位於著絲粒的蛋白質，著絲粒是染色體中的一個關鍵結構，它確保每當細胞要進行分裂時，染色體都會被正確地遺傳。
在細胞分裂過程中，每條染色體都會被複制，然後平均分配到子細胞中，確保兩個細胞都會得到完整的遺傳指令。這場精心演出背後的無名英雄就是著絲粒，這雖然只是染色體上的一個小小的區域，卻固定著能在細胞分裂過程中讓染色體分離的繩狀纖維。沒有著絲粒的染色體是不能被運送到正確的位置的，這樣就會給細胞留下一堆雜亂的DNA——這是邁向無序生長的踏腳石，並且可能導致癌症。
在大多數生物體中，著絲粒不是由DNA序列定義的，而是由聚集在著絲粒上的蛋白質分類定義的。也就是說，著絲粒是用表觀遺傳學來描述。在著絲粒的表觀遺傳學辭彙中，一種關鍵的名為CENP-A的蛋白質是尤為不可或缺的。如果沒有它，著絲粒就永遠無法重獲蛋白質，導致著絲粒失靈。
因此，人們普遍認為CENP-A就像一塊磐石，一旦附著在著絲粒上就永遠不會離開。事實上，CENP-A會以很慢的速度進行不間斷的補充。這不僅是為了更新和維護細胞分裂所需的設備，也為細胞未來的增殖能力提供了一個標記。
有的細胞具有非常令人驚訝的特性，比如人類的卵母細胞。卵母細胞是女性的生殖細胞，它首先在人類胚胎髮育過程中形成，然後一直維持休眠狀態，直到青春期狀態。這意味著它在十年甚至更長時間內都是不活動的。
那麼在這麼多年的時間裡，CENP-A只是靜止地掛在著絲粒上嗎？這可不是一件易事，因為蛋白質就像汽車零件一樣，非常容易磨損，需要時常更換。
新的研究為這個問題提供了解答。但研究人員並沒有直接分析人類卵母細胞，因為要獲取和培養人類卵母細胞實在是太難了，因此他們採用了研究海星卵母細胞所需的方法。
在實驗過程中，他們發現CENP-A會在數周的時間裡緩慢但持續地融入卵母細胞的著絲粒中，這表明一種緩慢的蛋白質交換正在發生，將舊的CENP-A蛋白替換為新的。而值得注意的是，當這一過程被阻斷時，著絲粒蛋白就會喪失，而且還會導致染色體在卵母細胞的發育後期無法正確地定位自己，這是著絲粒出現功能障礙的一個明顯跡象，它對胚胎髮育能造成嚴重的破壞。
研究人員在對包括人類細胞在內的其他休眠細胞進行實驗時，也觀察到了類似的CENP-A交換的現象。但在他們研究成熟的肌肉細胞時，則發現了非常不同的情況。成熟的肌肉細胞是一種失去分裂能力的細胞類型，與年輕細胞相比，這些細胞中著絲粒的CENP-A水平顯著降低。
研究人員假設，這種差異反映了維持著絲粒的不同需求，而著絲粒也反過來標誌著不同的細胞分裂能力。這表明CENP-A是衡量增殖潛能的一個指標，科學家可以通過檢測CENP-A來觀察人體內的數萬億個細胞，如果有CNEP-A存在，那麼意味著這是一些能夠分離染色體的細胞；如果沒有，則意味著不能。
除了為不同類型的細胞繪製出CENP-A的動力學圖，研究人員還發現了有助於解釋新的CENP-A是如何形成的分子證據，尤其是在那些分裂不夠活躍的細胞中。作為一種表觀遺傳學標記，CENP-A蛋白形是核小體的一部分，核小體是一種筒管狀的組蛋白，DNA會像線軸上的線一樣緊緊纏繞在其周圍。這種結構會在納入新的CENP-A時帶來一定挑戰。
在新的研究中，他們發現在休眠細胞中，CENP-A沉積需要轉錄，這一過程會將DNA從組蛋白中分離出來，複製成一條在化學上相似的單鏈。研究人員認為，這種化學轉化提供了一種不穩定的力量，而這種力量可以幫助去除攜帶舊CENP-A的組蛋白，如此一來，細胞便為新的CENP-A分子替換掉舊的CENP-A分子開闢了空間。
所以說，新的發現表明了著絲粒是一個精細的結構，而且即使在分裂不頻繁的細胞中它也是如此。這一發現對於理解正常發育和疾病中的表觀遺傳具有深遠的意義，它表明著絲粒中的缺陷可能是構成從不育到癌症等一系列疾病的基礎。
參考來源：
http://news.mit.edu/2019/divide-or-not-divide-cell-division-0821
