人體細(xì)胞會以不同的速度增殖。有的細(xì)胞在人的一生當(dāng)中會不斷分裂，比如沿著腸道排列的那些細(xì)胞。還有一些則很少分裂，有時(shí)它們可以長達(dá)數(shù)年都處于一種不分裂的休眠狀態(tài)。

現(xiàn)在，一項(xiàng)新的研究發(fā)現(xiàn)了有助于控制細(xì)胞休眠的分子機(jī)制，揭示了細(xì)胞如何能有目的地選擇保留分裂能力。這一發(fā)現(xiàn)不僅對理解細(xì)胞分裂和細(xì)胞狀態(tài)具有重要意義，而且對理解支持這些細(xì)胞機(jī)制的動態(tài)過程也具有重要意義。新研究發(fā)現(xiàn)了一組位于著絲粒的蛋白質(zhì)，著絲粒是染色體中的一個(gè)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，它確保每當(dāng)細(xì)胞要進(jìn)行分裂時(shí)，染色體都會被正確地遺傳。

在細(xì)胞分裂過程中，每條染色體都會被復(fù)制，然后平均分配到子細(xì)胞中，確保兩個(gè)細(xì)胞都會得到完整的遺傳指令。這場精心演出背后的無名英雄就是著絲粒，這雖然只是染色體上的一個(gè)小小的區(qū)域，卻固定著能在細(xì)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(yùn)送到正確的位置的，這樣就會給細(xì)胞留下一堆雜亂的DNA——這是邁向無序生長的踏腳石，并且可能導(dǎo)致癌癥。

在大多數(shù)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(zhì)分類定義的。也就是說，著絲粒是用表觀遺傳學(xué)來描述。在著絲粒的表觀遺傳學(xué)詞匯中，一種關(guān)鍵的名為CENP-A的蛋白質(zhì)是尤為不可或缺的。如果沒有它，著絲粒就永遠(yuǎn)無法重獲蛋白質(zhì)，導(dǎo)致著絲粒失靈。

因此，人們普遍認(rèn)為CENP-A就像一塊磐石，一旦附著在著絲粒上就永遠(yuǎn)不會離開。事實(shí)上，CENP-A會以很慢的速度進(jìn)行不間斷的補(bǔ)充。這不僅是為了更新和維護(hù)細(xì)胞分裂所需的設(shè)備，也為細(xì)胞未來的增殖能力提供了一個(gè)標(biāo)記。

有的細(xì)胞具有非常令人驚訝的特性，比如人類的卵母細(xì)胞。卵母細(xì)胞是女性的生殖細(xì)胞，它首先在人類胚胎發(fā)育過程中形成，然后一直維持休眠狀態(tài)，直到青春期狀態(tài)。這意味著它在十年甚至更長時(shí)間內(nèi)都是不活動的。

那么在這么多年的時(shí)間里，CENP-A只是靜止地掛在著絲粒上嗎？這可不是一件易事，因?yàn)榈鞍踪|(zhì)就像汽車零件一樣，非常容易磨損，需要時(shí)常更換。

新的研究為這個(gè)問題提供了解答。但研究人員并沒有直接分析人類卵母細(xì)胞，因?yàn)橐@取和培養(yǎng)人類卵母細(xì)胞實(shí)在是太難了，因此他們采用了研究海星卵母細(xì)胞所需的方法。

在實(shí)驗(yàn)過程中，他們發(fā)現(xiàn)CENP-A會在數(shù)周的時(shí)間里緩慢但持續(xù)地融入卵母細(xì)胞的著絲粒中，這表明一種緩慢的蛋白質(zhì)交換正在發(fā)生，將舊的CENP-A蛋白替換為新的。而值得注意的是，當(dāng)這一過程被阻斷時(shí)，著絲粒蛋白就會喪失，而且還會導(dǎo)致染色體在卵母細(xì)胞的發(fā)育后期無法正確地定位自己，這是著絲粒出現(xiàn)功能障礙的一個(gè)明顯跡象，它對胚胎發(fā)育能造成嚴(yán)重的破壞。

研究人員在對包括人類細(xì)胞在內(nèi)的其他休眠細(xì)胞進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，也觀察到了類似的CENP-A交換的現(xiàn)象。但在他們研究成熟的肌肉細(xì)胞時(shí)，則發(fā)現(xiàn)了非常不同的情況。成熟的肌肉細(xì)胞是一種失去分裂能力的細(xì)胞類型，與年輕細(xì)胞相比，這些細(xì)胞中著絲粒的CENP-A水平顯著降低。

研究人員假設(shè)，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(biāo)志著不同的細(xì)胞分裂能力。這表明CENP-A是衡量增殖潛能的一個(gè)指標(biāo)，科學(xué)家可以通過檢測CENP-A來觀察人體內(nèi)的數(shù)萬億個(gè)細(xì)胞，如果有CNEP-A存在，那么意味著這是一些能夠分離染色體的細(xì)胞；如果沒有，則意味著不能。

除了為不同類型的細(xì)胞繪制出CENP-A的動力學(xué)圖，研究人員還發(fā)現(xiàn)了有助于解釋新的CENP-A是如何形成的分子證據(jù)，尤其是在那些分裂不夠活躍的細(xì)胞中。作為一種表觀遺傳學(xué)標(biāo)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(jié)構(gòu)會在納入新的CENP-A時(shí)帶來一定挑戰(zhàn)。

在新的研究中，他們發(fā)現(xiàn)在休眠細(xì)胞中，CENP-A沉積需要轉(zhuǎn)錄，這一過程會將DNA從組蛋白中分離出來，復(fù)制成一條在化學(xué)上相似的單鏈。研究人員認(rèn)為，這種化學(xué)轉(zhuǎn)化提供了一種不穩(wěn)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(xì)胞便為新的CENP-A分子替換掉舊的CENP-A分子開辟了空間。

所以說，新的發(fā)現(xiàn)表明了著絲粒是一個(gè)精細(xì)的結(jié)構(gòu)，而且即使在分裂不頻繁的細(xì)胞中它也是如此。這一發(fā)現(xiàn)對于理解正常發(fā)育和疾病中的表觀遺傳具有深遠(yuǎn)的意義，它表明著絲粒中的缺陷可能是構(gòu)成從不育到癌癥等一系列疾病的基礎(chǔ)。

參考來源：

http://news./2019/divide-or-not-divide-cell-division-0821