令人敬畏的细胞分裂过程可以将受精卵变成婴儿，也可以将癌细胞变成恶性肿瘤。由于事关重大，大自然通过一个称为细胞周期的过程对其进行了严格控制，科学家们自认为已经彻底了解了这个过程。

但现在发现还有更多需要了解。加州大学旧金山分校的科学家发现，细胞还可以利用细胞周期来控制它们如何长出毛发状的突起，即纤毛。

“几十年来，人们对细胞周期进行了深入研究，在这里，我们发现它以一种新的方式工作，”加州大学旧金山分校生物物理学和生物化学教授、该论文的资深作者杰里米·赖特博士说，该论文于2024年5月29日发表在《自然》杂志上。“这只老狗——细胞周期——比我们意识到的更有技巧。”

违反预防癌症的规则

多纤毛细胞对人类健康至关重要。在肺部，它们的纤毛来回摆动，以防止粘液等液体聚集。在生殖系统中，它们帮助卵子通过输卵管进入子宫。在大脑中，它们清除脑脊液以清除废物。当它们发生故障时，就会引发严重的疾病。

赖特和他的同事想要了解这些细胞是如何发育的，因此他们使用了一种称为单细胞RNA测序的技术来查看肺部单个多纤毛细胞中哪些基因被开启或关闭。

他们捕获了纤毛成熟过程的不同阶段，希望能了解到纤毛生长所需的遗传指令，结果发现了一种类似细胞周期的模式。

先前的研究发现，一些细胞周期蛋白(称为细胞周期蛋白)在纤毛生长过程中处于活跃状态，而中心粒则在细胞分裂过程中固定两组染色体。

然而，赖特的研究小组发现，许多细胞周期基因(远不止细胞周期蛋白)在肺细胞中都以高水平表达，即使这些细胞没有分裂。

Reiter实验室研究员、论文第一作者SemilChoksi博士表示：“在多纤毛细胞的发育过程中，我们看到了细胞周期调节剂(如细胞周期蛋白和CDK)的相同顺序表达，这是我们预期在干细胞中看到的。”

显然，这不是典型的细胞周期。首先，这种替代细胞周期，或科学家称之为“多纤毛周期”，会产生异常多的中心粒，比细胞分裂期间产生的四个中心粒多得多。

Choksi说：“如果细胞周期出现问题，产生过多的中心粒，就会导致癌症。不知何故，这个严格的防癌规则(每个细胞不超过四个中心粒)在多纤毛细胞中被打破，产生了数百个中心粒。”

细胞管弦乐队演奏新乐曲

Choksi和Reiter仔细研究了肺细胞的多纤毛周期与传统细胞周期在干细胞分裂过程中的不同之处，并逐个分析了基因。一种名为E2F7的特殊基因脱颖而出。其表达在干细胞中处于中等水平，但在成熟的多纤毛细胞中则明显较高。

事实上，当动物模型中E2F7完全丧失功能或被敲除时，多纤毛细胞就无法正常发育，从而导致大脑出现问题。

“我们认为，进化过程中可能改变的一个旋钮就是通过上调E2F7，将典型细胞周期转变为多纤毛周期，”赖特说。

随后，科学家发现，缺乏E2F7的多纤毛细胞开始合成新的DNA，这是细胞分裂的标志。而原本用于最终在细胞表面构建纤毛的数百个中心粒则被卡在细胞体内。

如果说细胞周期就像分子管弦乐队演奏的特定乐谱，那么E2F7就是一位新的指挥，引导管弦乐队中的相同乐器演奏出新的曲调，即多纤毛周期。

“进化显然已经让细胞周期适应了细胞分裂之外的各种细胞项目，”赖特说。“看看它还能做些什么，这将会很令人兴奋。”

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