我們的身體由萬億細(xì)胞組成，但所有的這些細(xì)胞均是由卵子和精子融合形成的單個(gè)細(xì)胞——受精卵衍生而來。受精卵中包含了發(fā)育成為人類所需的所有遺傳物質(zhì)，隨著細(xì)胞分裂它將相同拷貝的信息傳遞到每個(gè)新細(xì)胞中。受精卵分化生成大量不同類型的細(xì)胞，就構(gòu)成了像人類這樣的復(fù)雜生物體。
那么如果每個(gè)細(xì)胞基因*一致，它是如何生成皮膚、血液、神經(jīng)、骨骼或其他類型的細(xì)胞的呢？干細(xì)胞讀取的是相同的遺傳密碼，卻又如何會(huì)分裂為迥然不同的細(xì)胞類型？
近日來自密歇根大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)了，細(xì)胞能夠在干細(xì)胞分裂過程中區(qū)分看似相同的染色體拷貝的*直接證據(jù)，指出有可能染色體拷貝上的不同信息是導(dǎo)致細(xì)胞類型多樣化的根源。
在新研究中，來自密歇根大學(xué)生命科學(xué)研究所Yukiko Yamashita實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們，揭示了干細(xì)胞能夠區(qū)分兩套相同的染色體拷貝，并在非隨機(jī)染色體分離（nonrandom chromosome segregation）過程中將它們分配到子細(xì)胞中去的機(jī)制。他們的研究在線發(fā)表在5月5日的《自然》（Nature）雜志上。
Yamashita說：“如果能夠弄清楚細(xì)胞以這種方式分裂的原因以及相關(guān)的機(jī)制，我們或許可以窺察到我們是如何從一個(gè)單細(xì)胞開始發(fā)育成為完整人體的。這是非常基礎(chǔ)的科學(xué)認(rèn)識(shí)，了解這些基本的生物學(xué)過程具有非常廣泛的意義，有可能利用于治療和藥物發(fā)現(xiàn)中。”
在細(xì)胞分裂周期中，母細(xì)胞復(fù)制并生成兩套相同的染色體。當(dāng)細(xì)胞分裂生成兩個(gè)細(xì)胞時(shí)，每個(gè)子細(xì)胞從母細(xì)胞處遺傳獲得一套染色體。在多數(shù)細(xì)胞分裂情況下，生成的子細(xì)胞與母細(xì)胞相同——例如，皮膚細(xì)胞分裂生成兩個(gè)子細(xì)胞。
但在不對(duì)稱分裂（asymmetric division）過程中，由一個(gè)細(xì)胞分裂生成的兩個(gè)子細(xì)胞并不相同，例如一個(gè)皮膚干細(xì)胞會(huì)分裂生成另一個(gè)皮膚干細(xì)胞和一個(gè)普通皮膚細(xì)胞。在這種情況下，染色體拷貝中的遺傳信息仍然相同，但細(xì)胞命運(yùn)卻不同。
Yamashita實(shí)驗(yàn)室利用來自果蠅睪丸的干細(xì)胞來研究了細(xì)胞分裂的過程。
“我們可以單細(xì)胞分辨率來鑒別果蠅生殖干細(xì)胞，因此它們是一種理想的模型，”Yamashita說。
干細(xì)胞成團(tuán)且易于鑒別；它們分裂會(huì)生成另一個(gè)生殖干細(xì)胞和一個(gè)分化的成精原母細(xì)胞（ gonialblast），后者會(huì)zui終變?yōu)榫蛹?xì)胞。
研究人員在果蠅干細(xì)胞分裂之時(shí)標(biāo)記了每條染色體拷貝。利用這種方法，他們追蹤了X和Y染色體拷貝移動(dòng)到子生殖干細(xì)胞或成精原母細(xì)胞的趨向。他們證實(shí)，細(xì)胞可以將X和Y染色體拷貝區(qū)分開來，并顯著偏倚性地將它們傳遞到子細(xì)胞中。
這是*證據(jù)表明，細(xì)胞確實(shí)有能力區(qū)分相同的染色體拷貝，以一種受調(diào)控的方式將之分離。長期以來人們一直懷疑和猜測細(xì)胞存在這種能力，但卻從未證實(shí)。
Yamashita 說：“我們并不知道X和Y染色體拷貝非隨機(jī)分離的原因。我們認(rèn)為或許有特異的表觀遺傳信息傳遞到了生殖干細(xì)胞和成精原母細(xì)胞中。”
這些研究結(jié)果表明，實(shí)現(xiàn)這種分裂方式的X和Y染色體上的信息，在配子發(fā)生過程中已預(yù)先設(shè)定。
機(jī)體內(nèi)許多其他的細(xì)胞也能夠分裂形成兩種不同的形式，尤其是在胚胎發(fā)育過程中。Yamashita接下來打算進(jìn)一步探究果蠅中見到的非隨機(jī)染色體分離，是否是包括人類在內(nèi)的哺乳動(dòng)物所共有的一種普遍現(xiàn)象。
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