MIT最新研究：上皮細胞的染色體分離可能沒有你想象的那麼簡單

高中生物課本有關染色體分離的相關知識你是否還記得？今天要要講的知識點可能會使各位讀者對高中必考知識點有更加進一步的瞭解。先前的細胞分裂現象均是基於單純的細胞層面進行觀察，而透過細胞觀測所得的觀測結已經被當作定論寫入各種生物課本。而來自 MIT 生物系的 Kristin A。 Knouse 教授利用器官培養模型證明，器官組織結構對染色體的正確分離至關重要。同時其研究結果提示，器官組織結構的破壞可能是上皮癌細胞中存在大量染色體不穩定現象的病理學基礎。該研究的最新成果發表於 8 月 23 日的《Cell》雜誌。

所有的生物的生長和繁殖都依賴於其體內各種細胞的複製以及染色體自身準確的複製。此過程的每個步驟均在有機個體的細胞中在精細調控下進行。基於這一觀察結果，科學家們研究了染色體的複製和分離，這種複製分離現象完全發生在細胞內部。具體的講，我們不妨回憶一下高中生物課本中有關有絲分裂後期的相關知識——有絲分裂後期染色體分離，從赤道板向兩極移去。而這些觀察結果均是基於細胞層面的觀測。

麻省理工學院生物學家的新研究表明，這個幾乎成為定論的假設似乎並不能完全反應事實。在本週發表的一篇論文中，他們描述了某些型別的細胞是如何依賴周圍組織的訊號來維持染色體的穩定性並保證其準確分離的。

Whitehead 研究所的研究員Kristin Knouse 及其合作伙伴 Angelika Amon 表示，“該研究的主要意義在於我們必須透過動植物的天然組織中去研究細胞才能真正瞭解他們的生物學行為，從細胞系中獲得的結果並沒有描繪出染色體整個畫面”。

當細胞複製時，新複製的染色體在細胞內排列，細胞內的結構將相同的染色體複製拉到細胞相反一側。然後細胞在中間分開，將每個染色體的一個複製平均分到新的子細胞內。實際上，在將染色體分離到子細胞的過程中有時會出現錯誤，這一現象稱為染色體錯誤分離。一些錯誤僅會導致 DNA 損壞。其他錯誤可能會導致染色體在子細胞之間不均勻分裂，這種情況稱為非整倍性分裂。這些錯誤幾乎均對細胞的發育有害並且可能是致命的損傷。在發育胚胎時，非整倍性分裂可導致流產或發育障礙，如唐氏綜合症。在成人中，染色體不穩定性現象存在於大量腫瘤細胞內。

為了研究這些錯誤，先前的科學家們將細胞從周圍組織中剝離並將其置於易於操作的塑膠培養皿中。

幾十年來，人們一直在研究染色體分離，而透過對單個細胞的觀測先前的研究者認為離體細胞和組織內的細胞均會以相同的方式進行染色體分離。然而，在以前的工作中，Knouse 發現在培養皿中生長的細胞出現染色體非整倍性分離的機率遠高於在其天然組織中的細胞。這促使她和她的同事們研究細胞周圍環境是否會影響細胞分裂的準確性。為了回答這個問題，他們比較了原生和非原生環境中五種不同細胞型別之間的錯誤分離率。並非所有細胞的原生環境都一樣。有些細胞，如那些形成面板的細胞，在一個非常有條理的環境中生長，在這樣有條理的環境中它們總是成簇存在且有固定的生長方向。然而其他細胞，如血液中的細胞，具有更大的獨立性，與周圍組織的相互作用很小。

在這項新研究中，研究人員觀察到在天然組織的結構化環境中生長的細胞在細胞分裂時染色體能夠準確地分離。但是一旦將它們移入培養皿中，染色體錯誤分離率就會急劇增加，而與組織結構關係較少的細胞不受培養皿中缺乏結構環境因素的影響。

因此，研究人員發現，保持細胞原生環境的組織結構對染色體穩定性至關重要。從組織環境中移除的細胞並不能如實反映染色體分離的自然過程。同時，研究人員還明確了組織結構對染色體分離中涉及的基因表達沒有明顯影響。組織結構破壞導致染色體分離異常可能並不依賴突變或基因表達的變化而產生，相反，這一異常現象可能是由周圍結構機械力的破壞而導致。

透過腫瘤基因組計劃，科學家們認識到，儘管染色體錯誤分離率很高，但許多腫瘤的發生並不是由調控染色體分離的基因發生突變而導致。因此，這項研究表明，組織結構的破壞可能是某些腫瘤產生的罪魁禍首。