耶鲁大学：细胞“桥梁”的新见解

生物体内的大多数细胞通过细胞分裂的过程复制其内容物并在物理上分裂成新的细胞。但在许多物种中，成为卵子或精子的生殖细胞并没有完全分离。它们通过被称为环形运河的小桥相互连接，并聚集在一起。在一项新的研究中，研究人员揭示了果蝇的生殖细胞是如何形成这些环管的，他们说，这一发现将为研究广泛共享的发育特征和细胞分裂中断的疾病提供新的见解。

　　

生物体内的大多数细胞通过细胞分裂的过程复制其内容物并在物理上分裂成新的细胞。但在许多物种中，成为卵子或精子的生殖细胞并没有完全分离。它们通过被称为环管的小桥相互连接，并聚集在一起。在一项新的研究中，耶鲁大学(Yale)的研究人员首次揭示了果蝇的生殖细胞是如何形成这些环状管的，他们说，这一发现将为研究发育过程中广泛共享的特征以及细胞分裂中断的疾病提供新的见解。

研究结果发表在3月9日的《Developmental Cell》杂志上。科学家们在所有物种的雄性和雌性生殖细胞中都观察到了环状管，从海绵和果蝇等简单的生物到鼠和人类等更复杂的动物。研究人员说，虽然环管的作用还不完全清楚，但有证据表明环管对细胞发育很重要。

“例如，在雌性果蝇中，环形管需要生长一个有功能的卵母细胞，一个发育中的卵细胞，”耶鲁大学医学院C.N.H.朗遗传学教授、这项新研究的高级作者Lynn Cooley说。“如果你堵塞了环管，雌性果蝇就会产下很小的卵，无法繁殖。”但环管是如何形成的仍不清楚。

为了更好地了解它们的形成，研究人员使用了实时成像方法。他们用荧光分子标记了果蝇体内的几个环管蛋白，并使用显微镜观察了这些蛋白在雄性和雌性生殖细胞中随时间的变化。

“当我们这样做的时候，我们看到了一种我们称之为生殖细胞中间体的结构的第一个迹象，”Cooley实验室的博士后、该研究的主要作者Kari Price说。

中间体是在细胞分裂过程中形成的结构，它的作用之一是在分裂过程结束时吸收分裂细胞所需的分子。在这项研究中，研究人员发现，果蝇生殖细胞中形成了一个异常大的中间体，停留了大约20到30分钟，然后，它没有开始完全分离，而是经历了从球形到环形的戏剧性重塑。这些中体环随后成为连接兄弟细胞的稳定环管。

研究人员还在水螅和小鼠身上发现了这种从中间体到环状管的过渡，这表明这是在进化过程中一直保存下来的特征。

“看到这个坚固的小物体变成了一个环——这是以前在完整的活细胞中没有观察到的。对我们来说，这是非常惊人的;这是一个‘啊哈时刻’，除了果蝇，很难在其他任何东西身上发现这一点。这项研究是一个很好的例子，说明像果蝇这样的模型系统对于理解发育的基本机制至关重要。”

研究人员说，除了是理解环管功能和形成的重要一步之外，这项新发现还可能使人们深入了解在各种物种的典型发育过程中发生的不完全细胞分裂，以及涉及不完全细胞分裂的疾病，如结直肠癌、霍奇金淋巴瘤和一些免疫缺陷综合征。这些发现也可能帮助科学家理解进化的起源。

Cooley说:“有一些非常原始的生物，当它们分裂时，会形成附着着持久细胞桥的菌落，就像我们看到的生殖细胞一样。也许这种保持兄弟细胞在一个群体或集群中连接的方式是多细胞进化的开始，也许生殖细胞是这种进化的反映。”

展望未来，研究人员的目标是确定驱动生殖细胞保持连接的机制。

Price说:“在目前的研究中，我们发现阻断一种叫做香橼激酶的酶可以延迟或阻止中体到环管的过渡。所以我们正在更深入地研究香橼激酶，看看它在分裂过程中在这些细胞中到底做了什么。”

Kari L. Price, Dyuthi M. Tharakan, Lynn Cooley. Evolutionarily conserved midbody remodeling precedes ring canal formation during gametogenesis. Developmental Cell, 2023