我們的許多細(xì)胞都裝備了一條毛茸茸的“天線”，將外部環(huán)境相關(guān)的信息傳遞給細(xì)胞，科學(xué)家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這些所謂的原纖毛的出現(xiàn)和消失，都是與細(xì)胞復(fù)制過(guò)程（稱(chēng)為有絲分裂）同步的?，F(xiàn)在，約翰霍普金斯大學(xué)的細(xì)胞生物學(xué)家報(bào)道稱(chēng)，他們進(jìn)一步闡釋了“這種‘脫發(fā)’和細(xì)胞復(fù)制，是如何通過(guò)戲劇性的纖毛尖端削剪（科學(xué)們稱(chēng)之為斬首）而相互關(guān)聯(lián)的”。 相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在1月12日的《Cell》雜志上。

研究人員說(shuō)，這一新信息是更好地理解“細(xì)胞如何決定進(jìn)行有絲分裂”的關(guān)鍵，這一過(guò)程對(duì)于生物體的發(fā)育、組織的維持和癌癥的形成，是不可或缺的。他們也希望，這項(xiàng)工作能揭示纖毛相關(guān)疾病，如多囊腎病，以及某些智力殘疾。

這項(xiàng)研究的負(fù)責(zé)人、約翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院細(xì)胞生物學(xué)副教授Takanari Inoue博士說(shuō)：“纖毛斬首此前已經(jīng)被觀察過(guò)，但從未進(jìn)行過(guò)探索。我們現(xiàn)在知道，這是一個(gè)正常的過(guò)程，而不僅僅是在一定的實(shí)驗(yàn)條件下發(fā)生的事情。我們已經(jīng)確定了驅(qū)動(dòng)它的分子機(jī)制。”

像小型貨車(chē)上的天線一樣，初級(jí)纖毛是出現(xiàn)在腎臟、大腦、視網(wǎng)膜和內(nèi)耳等器官內(nèi)的細(xì)胞上的微小結(jié)構(gòu)，并為細(xì)胞提供了外部流體的流動(dòng)和化學(xué)方面的信息。

當(dāng)一個(gè)細(xì)胞不分裂時(shí)，稱(chēng)為靜止?fàn)顟B(tài)，絕大多數(shù)的細(xì)胞結(jié)構(gòu)是不斷變化的，但初級(jí)纖毛是相對(duì)穩(wěn)定的。Inoue和他的團(tuán)隊(duì)試圖了解，是什么原因致使一個(gè)細(xì)胞退出靜態(tài)并開(kāi)始有絲分裂時(shí)發(fā)生“理發(fā)”，在有絲分裂過(guò)程中，復(fù)制的染色體分裂并填入兩個(gè)新“姊妹”細(xì)胞中。

他們首先比較了具有更多和更少Inpp5e酶的細(xì)胞，而以前的研究認(rèn)為認(rèn)為這種酶參與了纖毛的穩(wěn)定性。向靜態(tài)小鼠胚胎細(xì)胞中的纖毛膜加入熒光標(biāo)記后，研究人員拍攝了纖毛的尖端。它們似乎被切斷，并且每隔幾小時(shí)就漂走一次。

在缺失Inpp5e基因的細(xì)胞中，當(dāng)給予細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂的信號(hào)刺激時(shí)，“斬首”率比較高。但是，當(dāng)科學(xué)家們向Inpp5e蛋白添加了一個(gè)分子代碼時(shí)——這樣它會(huì)聚集在纖毛，斬首率就大大下降。Inoue說(shuō)，這表明Inpp5e在纖毛中的存在，可停止斬首過(guò)程，并且有絲分裂信號(hào)可將Inpp5e從纖毛中排出，以促進(jìn)斬首過(guò)程。

Inoue說(shuō)：“因?yàn)?span lang="EN-US">Inpp5e基因突變與朱伯特綜合征有關(guān)，其特征是腦發(fā)育異常和智力障礙，我們現(xiàn)在懷疑Inpp5e會(huì)影響大腦發(fā)育。”

Inpp5e的作用是抑制來(lái)自纖毛膜的一個(gè)脂肪樣分子，稱(chēng)為PIP2。結(jié)合PIP2的一個(gè)熒光標(biāo)記向研究人員顯示，纖毛中的PIP2濃度，尤其是尖端附近，也是同步的：在細(xì)胞接收到有絲分裂信號(hào)后PIP2積累在纖毛尖端，在PIP2積聚部位纖毛被削去。

因?yàn)?span lang="EN-US">PIP2在線狀結(jié)構(gòu)（由肌動(dòng)蛋白形成）的形成中發(fā)揮關(guān)鍵的作用，該研究小組利用一種熒光生物傳感器，來(lái)測(cè)量和可視化纖毛種這些結(jié)構(gòu)的形成。在由于缺乏Inpp5e而含有過(guò)量PIP2的纖毛中，研究人員發(fā)現(xiàn)線的形成增加了十倍。此外，他們看到，線形成只是提前幾分鐘發(fā)生在斬首的部位。

Inoue說(shuō)：“我們認(rèn)為，線的形成實(shí)際上提供了砍斷纖毛的力量。”

為了弄清斬首對(duì)纖毛拆卸有何影響，Inoue實(shí)驗(yàn)室的研究生和論文的主要作者Siew Cheng Phua，設(shè)計(jì)了一種方法來(lái)停止纖毛內(nèi)的線形成。她發(fā)現(xiàn)，這些線對(duì)于纖毛拆卸是至關(guān)重要的，并且斬首過(guò)程是纖毛全拆卸所必需的。

接下來(lái)，研究小組分析了纖毛斬首的時(shí)機(jī)。使用一種熒光標(biāo)記彩虹，研究人員隨后跟蹤了具有纖毛的細(xì)胞，從靜止期細(xì)胞通過(guò)其過(guò)渡期到有絲分裂，這整個(gè)過(guò)程。纖毛呈藍(lán)色，細(xì)胞的細(xì)胞核由黃變紅變暗。在正常細(xì)胞中，纖毛斬首普遍發(fā)生，而細(xì)胞仍處于靜止?fàn)顟B(tài)（黃色核），然后過(guò)渡到有絲分裂（暗核）。但是在其纖毛不能形成線的細(xì)胞中，不能削剪纖毛與從靜止到有絲分裂的過(guò)渡較慢相關(guān)。

Inoue說(shuō)：“不知何故，斬首可觸發(fā)纖毛萎縮；它們縮水超過(guò)了削剪。同時(shí)，這給細(xì)胞發(fā)送信號(hào)，告訴它們是時(shí)候退出靜止并開(kāi)始分裂。”

當(dāng)他們與日本的研究人員合作分析斬首的纖毛尖端的內(nèi)容物時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)分子對(duì)于細(xì)胞信號(hào)和纖毛生長(zhǎng)是很重要的，這意味著斬首可調(diào)整纖毛的組成和功能。

根據(jù)Phua介紹，修剪纖毛的尖端，也可能具有臨床意義。最近的研究表明，多囊腎病患者尿液中含有封閉在包膜中的微小囊泡。Inoue說(shuō)，很有可能它們是纖毛尖端，并且它們?cè)诩膊“l(fā)展中起了重要作用，但需要更多的研究來(lái)證實(shí)這個(gè)想法。

Phua補(bǔ)充說(shuō)：“纖毛的異常感覺(jué)功能與一些癌癥有關(guān)，如皮膚和腦腫瘤。纖毛斬首和有絲分裂之間的新聯(lián)系，可以幫助我們了解‘初級(jí)纖毛缺陷如何影響異常的細(xì)胞分裂，從而產(chǎn)生的腫瘤的形成’。”