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细胞分裂的真相是什么?

2015-06-11 02:31
来源:生物通   作者:叶予

同一类细胞总是差不多大的,那么细胞如何控制自己的大小呢?杜克大学的科学家们找到了其中的原因。他们发现,细胞在分裂之前能长多大,取决于细胞的初始大小。这项研究发表在六月三日的Nature杂志上。

之前有研究认为,细胞在分裂成两个子细胞之前总是增加等量的内容物,伴随一些随机波动。而这项研究得出了完全不同的结论。

细胞在分裂前做准备,其实就跟大学生要毕业一样。大学生没准备好可能要五六年才能毕业,而细胞没准备好就需要更长时间来生长,这篇文章的通讯作者Lingchong You博士说。You博士早年毕业于中国科技大学,后来在Wisconsin大学获得博士学位,现在是Duke大学生物医学工程副教授。

研究人员给质粒基因标记上不同的荧光,然后在细胞分裂过程中进行观察,结果发现了令人无法理解的振荡。“在大约30%的细胞中,荧光标记的表达出现了振荡,”You说。“而这些基因并没有受到调控,这令我们非常惊讶也相当困惑。”

为了分析单个细胞的分裂模式,研究人员使用了加州大学Suckjoon Jun发明的设备。这个装置将单个细胞(大肠杆菌E. coli)放在微小管子的封闭端。随着细胞生长和分裂,子细胞在管子里一个个堆叠起来,最终被营养物质流带走。

研究人员通过这一装置观察了数百个细胞的几十代分裂,这是观察到上述振荡的关键。“研究细胞群体是看不到这种振荡的,”You解释道。“这些振荡的周期并不相同而且跨越几代,在这种情况下单细胞分析显得特别重要。”

研究人员在追溯上述遗传学振荡时意外发现,好几代细胞的初始大小也存在振荡。他们对不同生长数据进行了分析,比如细胞分裂时的大小、生长速度和分裂时间。研究显示,细胞初始大小决定它在开始分裂前增加多少内容物(biomass),这是一个异常简单的线性关系。

随后,研究人员通过计算机建模检验了自己的发现。他们通过上述线性关系和随机波动,成功再现了真实细胞系中的细胞大小振荡。虽然目前还不清楚细胞如何根据初始大小决定自己的生长时间,但他们的计算机模型非常符合实验数据。

“之前有两项研究提出了增量模型(adder model或incremental model),认为细胞在分裂时平均增加定量的内容物,这两项研究也发表在高影响因子的期刊上,”You说。“但我们在数据中看不到这一点。”


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