3月4日，國際學(xué)術(shù)期刊EMBO Reports在線發(fā)表了中國科學(xué)院生物化學(xué)與細胞生物學(xué)研究所朱學(xué)良研究組的最新研究成果“Parental centrioles are dispensable for deuterosome formation and function during basal body amplification”。在該研究工作中，研究人員展示多纖毛細胞特有的細胞器--搖籃體（deuterosome）的發(fā)生及其功能并不依賴于親本中心粒（parental centriole）。

 

        多纖毛細胞是一類終末分化的上皮細胞，表面長有多至數(shù)百根的纖毛(cilium)，在高等動物體內(nèi)主要分布于氣管、腦室管膜及輸卵管等上皮組織，其纖毛的周期性擺動可以濕潤、清潔氣管，驅(qū)動腦脊液流動和受精卵運動。人類多纖毛發(fā)生和功能的異?？蓪?dǎo)致不孕、氣管炎等遺傳疾病。由于每根纖毛的基部都需要一個特化的中心粒作為基體（basal body），因此多纖毛的形成需要大量中心粒。然而，細胞通常只有一對親本中心粒，其中一個為母中心粒，一個為子中心粒；中心粒的復(fù)制受到嚴(yán)格的調(diào)控，即每個親本中心粒只能在細胞增殖過程中“復(fù)制”出一個子代中心粒，以使細胞分裂后子代細胞保持中心粒數(shù)目的恒定性。早在上世紀(jì)60年代的電鏡觀察就發(fā)現(xiàn)，正在分化的多纖毛細胞內(nèi)含有很多被稱為搖籃體的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，每個搖籃體周圍可附著一到多個新生的中心粒（也稱原中心粒），而每個親本中心粒周圍也產(chǎn)生多個原中心粒。然而，近年對于搖籃體發(fā)生和行使功能的機制卻存在兩種不同的模型。

 

        該研究組在2013年發(fā)表于Nature Cell Biology的研究工作中鑒定出哺乳動物細胞搖籃體的首個核心蛋白Deup1，發(fā)現(xiàn)它是母中心粒上孕育子中心粒的“搖籃”結(jié)構(gòu)中Cep63的旁系同源物（paralogue），其基因起源于四腳動物共同的魚類祖先--肉鰭魚；提出搖籃體是自發(fā)組裝的，其通過Deup1招募Cep152和Plk4等已知的調(diào)節(jié)因子，介導(dǎo)中心?！皬臒o到有”（de novo）的大量擴增；親本中心粒則主要通過其Cep63招募Cep152和Plk4等發(fā)揮復(fù)制功能，并因這些調(diào)節(jié)蛋白的高表達而打破“一胎制”。2014年國際同行發(fā)表在Nature上的一份研究工作則認為搖籃體須依賴于親本中心粒中的子中心粒才能組裝，待裝載滿該子中心粒上產(chǎn)生的原中心粒后再解離到細胞質(zhì)中，該過程一再反復(fù)，使細胞的中心?？倲?shù)逐漸增多；因而，多纖毛細胞中心粒組裝的機制與其它細胞并無本質(zhì)區(qū)別，即也須依賴于親本中心粒，而搖籃體只是作為運載工具將新生的原中心粒帶走而已。后一機制盡管獨樹一幟，但難以解釋為何子中心粒才能發(fā)揮這些功能，以及僅憑子中心粒如何能在較短時間內(nèi)生產(chǎn)數(shù)以百計的原中心粒等問題。

 

        為明確搖籃體與親本中心粒的關(guān)系，該組研究人員先借助超高分辨率光學(xué)顯微術(shù)研究了多纖毛細胞中心粒發(fā)生的早期過程，發(fā)現(xiàn)游離分布于細胞質(zhì)中的早期搖籃體尺寸小并且有些并未附著原中心粒；隨后搖籃體才逐漸變大，結(jié)合原中心粒的能力也依次增加。利用活細胞成像技術(shù)也發(fā)現(xiàn)，搖籃體并非只在細胞特定位置產(chǎn)生，而且它們可在短時間內(nèi)從不同位置大量涌現(xiàn)，并逐漸長大。這些現(xiàn)象與“子中心粒依賴”的模型明顯不符。隨后，他們通過RNA干擾技術(shù)敲低Plk4的表達或者用小分子抑制劑centrinone抑制其激酶活性，使前體細胞在增殖過程中逐漸丟失親本中心粒，然后再誘導(dǎo)其向多纖毛細胞分化。他們發(fā)現(xiàn)，僅存一個親本中心粒（絕大多數(shù)為母中心粒）和完全沒有親本中心粒的細胞均能高效產(chǎn)生搖籃體，其能力與正常細胞并無大的區(qū)別，說明搖籃體的產(chǎn)生不依賴于任何親本中心粒。而且，可能由于所用藥物劑量難以完全抑制多纖毛細胞分化過程中高表達的Plk4，在經(jīng)centrinone處理后缺失親本中心粒的細胞中，搖籃體上可以觀察到數(shù)量不等的原中心粒。該結(jié)果進一步說明，搖籃體可獨立介導(dǎo)中心粒的大量發(fā)生。

 

        該研究團隊中生化與細胞所朱學(xué)良（也是上?？萍即髮W(xué)兼職教授）和鄢秀敏研究員為論文通訊作者，博士后趙惠杰和上?？萍即髮W(xué)博士研究生陳青霞為共同第一作者，生化與細胞所方楚玉、黃瓊萍和山東師范大學(xué)周軍教授為合作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金委、科技部和中國科學(xué)院的資助。

 

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