细胞分裂的不可思议过程可以将一个受精卵转变为一个婴儿，或将一个癌细胞转变为恶性肿瘤。由于其中有如此多的利益，自然通过细胞周期严格控制这一过程，科学家们认为他们对其有充分的理解。加州大学旧金山分校的科学家们现在发现，多纤毛细胞将众所周知的细胞分裂过程进行了调整，以产生数百个纤毛。细胞周期被认为是科学家们充分了解的，但现在他们发现还有更多需要学习的地方。加州大学旧金山分校的研究人员发现，细胞可以利用细胞周期来调节类似毛发的突起称为纤毛的生长。根据UCSF教授、2024年5月29日发表在《自然》杂志上的论文的首席作者杰雷米·赖特（Jeremy Reiter）所说：“细胞周期已经被广泛研究了几十年，而在这里，我们发现它运作的新方式。这一古老概念——细胞周期——具备的能力比我们之前认为的要多。”
采取措施预防癌症至关重要
具有多个纤毛的细胞在维持人类健康方面发挥着关键作用。它们通过来回摆动来防止像粘液这样的液体在肺部积聚。在生殖系统中，它们帮助卵子通过输卵管移动到子宫。在大脑中，它们通过扫除脑脊液来帮助排除废物。当这些细胞不能正常工作时，会导致严重的疾病。
赖特和他的团队旨在理解这些细胞的发展。他们使用了一种称为单细胞RNA测序的方法，观察肺部单个多纤毛细胞中基因的激活和失活。
他们在细胞发展的不同阶段捕获这些细胞，期望揭示生长纤毛所需的基因指令。他们所发现的与细胞周期相似。
先前的研究发现，少量称为细胞周期蛋白的蛋白在纤毛生长期间处于活跃状态。此外，在细胞分裂过程中维持两个染色体组位置的中心粒也参与其中。
然而，赖特的团队观察到，许多细胞周期基因，而不仅仅是细胞周期蛋白，在肺细胞中高度表达，尽管这些细胞并未分裂。
“随着多纤毛细胞的发展，我们注意到细胞周期调节因子，如细胞周期蛋白和CDK的顺序表达，这与我们期望在干细胞中找到的相同，”赖特实验室的研究员、论文的主要作者塞米尔·乔克斯（Semil Choksi）博士说。这不是典型的细胞周期。首先，这种替代细胞周期，科学家称之为“多纤毛周期”，产生了不寻常数量的中心粒，远超过在细胞分裂过程中创建的四个中心粒。“如果细胞周期出现问题并制造了过多的中心粒，会导致癌症，”乔克斯说。“在细胞中，防止癌症的这一严格规则，即每个细胞不超过四个中心粒，对于具有多个纤毛的细胞来说，多纤毛的过程是非常特定的，导致了数百个中心粒的形成。”
细胞活动中的新组成
乔克斯和赖特对肺细胞中的多纤毛周期和分裂干细胞中的典型细胞周期之间的差异进行了详细调查，重点关注个别基因。其中一个基因E2F7尤其引人注意。在干细胞中的表达水平是适中的，但在成熟的多纤毛细胞中显著升高。
当在动物模型中完全禁用或敲除E2F7时，多纤毛细胞未能正常发育，导致出现问题。
研究人员认为，提高E2F7可能会潜在地将标准细胞周期转变为多纤毛周期，”赖特解释说。随后，他们观察到没有E2F7的多纤毛细胞开始产生新的DNA，表明细胞分裂。此外，许多中心粒被困在细胞体内，阻止最终在细胞表面形成纤毛。
如果将细胞周期比作乐谱，E2F7就像指挥，指导分子乐团演奏一种新的旋律，即多纤毛周期。
“细胞周期已经被进化改编以执行除细胞分裂之外的各种任务，”赖特说。“发现它的其他能力将是非常有趣的。”
