細胞分裂過程對生命至關重要。自維多利亞時代細胞生物學出現以來，細胞分裂的最后階段——兩個子細胞彼此分離的過程一直讓科學家們感到著迷。然而在過去很長的時間里，要研究最后的一步即分裂細胞在一分為二之前形成分裂溝（furrow）的過程卻極為困難。

早期的生物學家將這一過程命名為“胞質分裂”（ cytokinesis），被解讀為是“細胞運動”以及一系列高度活躍及組織化的事件?？茖W家們現在對與之相關的蛋白質和它們的行為有了更多的了解，但有一個重要的謎題仍然未解：細胞是如何向分裂溝處發(fā)送信號的？

出現這一盲點的一個簡單原因在于：難以在活細胞中看到及檢測這樣復雜的過程?，F在，哈佛醫(yī)學院的系統(tǒng)生物學家在《科學》（Science）雜志上報告稱，他們在無細胞的條件下重建了胞質分裂——包括了指揮分子交通的一些信號。結合蛙卵提取物和模擬細胞膜的脂質膜，他們構建出了一個無細胞系統(tǒng)重演分裂溝的組裝過程。

這一無細胞系統(tǒng)具有兩個巨大的優(yōu)點：其擴大了分裂溝構建事件的規(guī)模，使得觀察它們變得更為容易，并為研究人員提供了一種簡單的方法操控相關蛋白。當細胞完整無損時，很難做到快速地除去及恢復某些蛋白來觀察作用分子的改變對于胞質分裂的影響，而當細胞的內部結構散布在顯微鏡載玻片上之時則變得很容易。

關鍵的挑戰(zhàn)在于胞質分裂行為完全依賴于細胞膜來形成分裂溝——而構建這一無細胞系統(tǒng)則必須除去細胞膜。認識到可利用玻璃上由兩層人工脂質構成的一個受控平板膜，來替代彎曲的、不斷移動的復雜細胞膜，使得這項研究工作成為可能。

哈佛醫(yī)學院系統(tǒng)生物學教授Timothy Mitchison說：“我們真正構建出了細胞中發(fā)生的事件。我們相信我們的工作不僅朝著理解分裂溝的組裝過程邁進了一步，更廣泛地說，還推動了認識胞質分裂信號傳導的生物物理學。”

該研究團隊包括共同資深作者Mitchison和哈佛醫(yī)學院系統(tǒng)生物學講師Christine Field，共同主要作者、化學生物學研究生Phuong Nguyen，以及系統(tǒng)生物學研究員Aaron Groen。

工作伊始研究人員輕輕破碎了來自非洲爪蟾的未受精卵細胞，分離出了它們的內容物。以往科學家們曾利用這些卵抽提物重建了有絲分裂紡錘體。哈佛醫(yī)學院的這一研究小組則更進了一步。

一開始，科學家們轉向了他們的分子儲存物，提出了用這些構件來充當人工中心體以及熒光標記的微管。他們隨后模擬了受精過程，通過添加標記抗體，利用熒光顯微鏡成像了細胞分裂過程所需的一些結構的自組裝過程，而這是利用組織培養(yǎng)物中的活細胞不可能做到的事情。

最后的組成部分是細胞膜模型。

Field說：“為了真正證明我們重建出了胞質分裂信號，我們需要添加雙分子層膜，然后看它能否招募細胞表層的一些蛋白質。這就是我們在尋找的發(fā)送給細胞膜的信號。”

科學家們能夠看到這一信號部分原因在于Field選擇將肌動蛋白（actin）納入到了他們的系統(tǒng)中。由于這一細胞成分使得很難用卵細胞提取物開展實驗因此往往被清除。肌動蛋白在細胞中的工作像裝配在一起的樂高積木一樣，就是組裝成長肌動蛋白纖維（微絲）和網狀組織。

微絲提供了支架，使得其他的細胞成分，包括細胞膜能夠移動和改變形狀。因此Field推斷，盡管使用肌動蛋白存在困難，將其納入系統(tǒng)中來重演與形成分裂溝相關的信號極為重要。

Nguyen 說：“微管信號不僅發(fā)送到了質膜，也發(fā)送到了形成質膜頂部的肌動蛋白層（actin cortex）。只有在存在肌動蛋白的情況下才能看見這一現象。”

有多個信號復合物在分裂溝處起作用，微管與肌動蛋白層及細胞膜都進行了“對話”。

Groen說：“這一系統(tǒng)的巧妙之處在于，根據個別的結構組件：肌動蛋白、微管和細胞膜重建了胞質分裂。現在我們可以開始在空間上操控這些組件，這是在活細胞中無法辦到的。我對著這些可能性感到非常的興奮。”

Mitchison說，他們從事的是最基礎的理論知識研究工作，但細胞分裂對于胚胎發(fā)育、干細胞更新和癌癥均至關重要。

“例如，我們談論的這些過程同樣發(fā)生于生成新血細胞的骨髓中。因此明確地了解這一生物學與許多的疾病類型有關聯(lián)。”