細胞生物學的奇跡之一就是它的對稱性。哺乳動物細胞具有一個核和一個細胞膜，大多數(shù)人具有23對染色體。數(shù)以千計的哺乳動物細胞達到了這種均勻性-但有些卻不斷破壞這種霉菌以實現(xiàn)獨特的功能?，F(xiàn)在，約翰霍普金斯大學醫(yī)學小組的研究人員發(fā)現(xiàn)了這些異常值是如何形成的。

在對轉(zhuǎn)基因小鼠進行的實驗中，一個研究小組排除了科學家長期以來認為的一種機制，該機制控制著伸出每個哺乳動物細胞外部的稱為纖毛的毛狀結(jié)構(gòu)的數(shù)量。他們得出結(jié)論，控制纖毛數(shù)量可能取決于非哺乳動物物種中更常見的過程。

該實驗于12月2日在《自然細胞生物學》中進行了描述，并由約翰·霍普金斯大學醫(yī)學院分子生物學和遺傳學副教授安德魯·霍蘭德(Andrew Holland)博士領(lǐng)導，最終可能有助于科學家更多地了解與纖毛相關(guān)的人類疾病功能，例如呼吸道感染，不育和腦積水。

纖毛是最早出現(xiàn)在單細胞生物上的古老結(jié)構(gòu)，像小巧的頭發(fā)狀“手指”，充當驅(qū)動細胞或觸角移動以感知環(huán)境的馬達。幾乎所有人類細胞都具有至少一個感應(yīng)物理或化學線索的纖毛。但是，人類的某些特殊細胞類型，例如呼吸道和生殖道的細胞，在其表面上有數(shù)百個纖毛，它們會以波浪的形式跳動，以使流體通過系統(tǒng)。

我們的主要問題是這些多孔細胞與我們體內(nèi)其余細胞的差異如何。大多數(shù)細胞每個細胞只能產(chǎn)生一個纖毛，但是這些高度專業(yè)化的細胞卻放棄了這種嚴格的數(shù)字控制，只能產(chǎn)生數(shù)百個纖毛。”

霍普金斯大學醫(yī)學院分子生物學與遺傳學副教授安德魯·霍蘭德(Andrew Holland)

為了回答這個問題，Holland和他的團隊仔細研究了纖毛的底部，纖毛是細胞器從細胞表面附著并生長的地方。該基底是稱為中心的微觀圓柱狀結(jié)構(gòu)。

霍蘭德說，在單纖毛細胞中，在細胞分裂之前就產(chǎn)生了中心粒。一個單元格包含兩個父本中心，每個父本都重復(fù)，以便兩個新單元格都獲得一對中心體-然后，這兩個中心體中的最舊的繼續(xù)形成纖毛的底部。但是，多纖毛細胞會產(chǎn)生稱為申特體的獨特結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可充當復(fù)制機，從而產(chǎn)生數(shù)十至數(shù)百個百分位數(shù)，從而使這些細胞產(chǎn)生許多纖毛。

霍蘭德說：“氘核僅存在于多孔細胞中，科學家長期以來一直認為它們對于確定形成多少個中心粒和纖毛至關(guān)重要。”

研究人員驚訝地發(fā)現(xiàn)，基因工程小鼠的纖毛數(shù)量與帶有氘核體的小鼠相同，從而排除了氘核體在控制纖毛數(shù)量方面的核心作用。例如，氣管內(nèi)襯的多孔細胞每個細胞都有200-300纖毛。研究人員還發(fā)現(xiàn)，沒有氘核體的細胞可以像與細胞一樣快地產(chǎn)生新的中心粒。為了測試這一點，Holland和他的團隊開發(fā)了一種小鼠模型，該模型缺乏產(chǎn)生申命球的基因。然后，他們分析了攜帶多孔細胞的組織并計數(shù)了它們的纖毛。

有了這一令人驚訝的結(jié)果，研究人員設(shè)計了既缺乏氘核體又缺乏母體中心體的小鼠細胞，然后計算了多纖毛細胞中形成的纖毛數(shù)量。

霍蘭德說：“我們認為，沒有親本中心，沒有氘核，多纖毛細胞將無法產(chǎn)生適當數(shù)量的新纖毛。”

霍蘭德說，值得注意的是，即使沒有親代中心粒，也不會影響最終的纖毛數(shù)量。正常和基因工程組中的大多數(shù)細胞可產(chǎn)生50至90個纖毛。

霍蘭德解釋說：“這一發(fā)現(xiàn)改變了我們認為是中心組裝背后動力的教條。”“不需要一個平臺就可以繼續(xù)發(fā)展，而是可以自發(fā)創(chuàng)建中心。”

雖然在哺乳動物中不常見，但所謂的新生代中心粒在動物界并不陌生。一些物種，例如小型扁蟲flat蟲，完全沒有父中心體，并依靠新生中心體來產(chǎn)生它們用來移動的纖毛。

在對基因工程小鼠進行的進一步實驗中，Holland發(fā)現(xiàn)，所有自發(fā)產(chǎn)生的中心粒都在富含纖維狀顆粒物質(zhì)的細胞區(qū)域內(nèi)組裝，而纖維狀顆粒物質(zhì)是構(gòu)建中心粒所必需的蛋白質(zhì)成分。

他說，他懷疑在細胞的那個鮮為人知的區(qū)域發(fā)現(xiàn)的蛋白質(zhì)包含構(gòu)建中心粒并最終控制形成的纖毛數(shù)量所必需的必需元素。他說，其他所有的東西，如氘核，甚至是母體的中心粒，都不是絕對必要的。

霍蘭德說：“我們認為，氘核的作用是減輕對父母中間核的壓力，使其不再需要制造許多新的中間核，從而使父母中間核釋放出來以履行其他職能。”

他說，通過確定藥物靶標，更好地了解限制人體細胞中纖毛數(shù)量的機制可能會促進治療纖毛相關(guān)疾病的努力。