研究可以更好地理解限制细胞纤毛数量的机制

细胞生物学的奇迹之一就是它的对称性。哺乳动物细胞具有一个核和一个细胞膜，大多数人具有23对染色体。数以千计的哺乳动物细胞达到了这种均匀性-但有些却不断破坏这种霉菌以实现独特的功能。现在，约翰霍普金斯大学医学小组的研究人员发现了这些异常值是如何形成的。

在对转基因小鼠进行的实验中，一个研究小组排除了科学家长期以来认为的一种机制，该机制控制着伸出每个哺乳动物细胞外部的称为纤毛的毛状结构的数量。他们得出结论，控制纤毛数量可能取决于非哺乳动物物种中更常见的过程。

该实验于12月2日在《自然细胞生物学》中进行了描述，并由约翰·霍普金斯大学医学院分子生物学和遗传学副教授安德鲁·霍兰德(Andrew Holland)博士领导，最终可能有助于科学家更多地了解与纤毛相关的人类疾病功能，例如呼吸道感染，不育和脑积水。

纤毛是最早出现在单细胞生物上的古老结构，像小巧的头发状“手指”，充当驱动细胞或触角移动以感知环境的马达。几乎所有人类细胞都具有至少一个感应物理或化学线索的纤毛。但是，人类的某些特殊细胞类型，例如呼吸道和生殖道的细胞，在其表面上有数百个纤毛，它们会以波浪的形式跳动，以使流体通过系统。

我们的主要问题是这些多孔细胞与我们体内其余细胞的差异如何。大多数细胞每个细胞只能产生一个纤毛，但是这些高度专业化的细胞却放弃了这种严格的数字控制，只能产生数百个纤毛。”

霍普金斯大学医学院分子生物学与遗传学副教授安德鲁·霍兰德(Andrew Holland)

为了回答这个问题，Holland和他的团队仔细研究了纤毛的底部，纤毛是细胞器从细胞表面附着并生长的地方。该基底是称为中心的微观圆柱状结构。

霍兰德说，在单纤毛细胞中，在细胞分裂之前就产生了中心粒。一个单元格包含两个父本中心，每个父本都重复，以便两个新单元格都获得一对中心体-然后，这两个中心体中的最旧的继续形成纤毛的底部。但是，多纤毛细胞会产生称为申特体的独特结构，该结构可充当复制机，从而产生数十至数百个百分位数，从而使这些细胞产生许多纤毛。

霍兰德说：“氘核仅存在于多孔细胞中，科学家长期以来一直认为它们对于确定形成多少个中心粒和纤毛至关重要。”

研究人员惊讶地发现，基因工程小鼠的纤毛数量与带有氘核体的小鼠相同，从而排除了氘核体在控制纤毛数量方面的核心作用。例如，气管内衬的多孔细胞每个细胞都有200-300纤毛。研究人员还发现，没有氘核体的细胞可以像与细胞一样快地产生新的中心粒。为了测试这一点，Holland和他的团队开发了一种小鼠模型，该模型缺乏产生申命球的基因。然后，他们分析了携带多孔细胞的组织并计数了它们的纤毛。

有了这一令人惊讶的结果，研究人员设计了既缺乏氘核体又缺乏母体中心体的小鼠细胞，然后计算了多纤毛细胞中形成的纤毛数量。

霍兰德说：“我们认为，没有亲本中心，没有氘核，多纤毛细胞将无法产生适当数量的新纤毛。”

霍兰德说，值得注意的是，即使没有亲代中心粒，也不会影响最终的纤毛数量。正常和基因工程组中的大多数细胞可产生50至90个纤毛。

霍兰德解释说：“这一发现改变了我们认为是中心组装背后动力的教条。”“不需要一个平台就可以继续发展，而是可以自发创建中心。”

虽然在哺乳动物中不常见，但所谓的新生代中心粒在动物界并不陌生。一些物种，例如小型扁虫flat虫，完全没有父中心体，并依靠新生中心体来产生它们用来移动的纤毛。

在对基因工程小鼠进行的进一步实验中，Holland发现，所有自发产生的中心粒都在富含纤维状颗粒物质的细胞区域内组装，而纤维状颗粒物质是构建中心粒所必需的蛋白质成分。

他说，他怀疑在细胞的那个鲜为人知的区域发现的蛋白质包含构建中心粒并最终控制形成的纤毛数量所必需的必需元素。他说，其他所有的东西，如氘核，甚至是母体的中心粒，都不是绝对必要的。

霍兰德说：“我们认为，氘核的作用是减轻对父母中间核的压力，使其不再需要制造许多新的中间核，从而使父母中间核释放出来以履行其他职能。”

他说，通过确定药物靶标，更好地了解限制人体细胞中纤毛数量的机制可能会促进治疗纤毛相关疾病的努力。

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