猶他州立大學(xué)亨斯邁癌癥研究所(HCI)的科學(xué)家今天在《自然》雜志上發(fā)表的一項研究顯示了上皮細(xì)胞——，如皮膚細(xì)胞——，是如何自然翻轉(zhuǎn)并在細(xì)胞分裂和細(xì)胞死亡之間保持恒定數(shù)量的。
除了皮膚，上皮細(xì)胞還包括覆蓋內(nèi)臟的類皮膚襯里，為器官正常工作提供保護(hù)屏障。細(xì)胞很快就會翻轉(zhuǎn)。為了保持健康的細(xì)胞密度，相同數(shù)量的細(xì)胞必須分裂和死亡。如果打破這種平衡，就會出現(xiàn)炎癥性疾病或癌癥。
這項研究的負(fù)責(zé)人、HCI研究員、猶他大學(xué)腫瘤學(xué)副教授Jody Rosenblatt博士說，“如果過多的上皮細(xì)胞死亡，器官屏障功能就會喪失，導(dǎo)致哮喘、結(jié)腸炎等炎癥性疾病?！绷硪环矫?，如果分裂的細(xì)胞比死亡的細(xì)胞多，這可能會導(dǎo)致細(xì)胞過多，從而可能導(dǎo)致腫瘤的形成。因此，任何一方的不平衡都是有問題的。
大約90%的癌癥發(fā)生在覆蓋器官的簡單上皮。理解什么通常控制細(xì)胞分裂和死亡，以及這些過程是如何聯(lián)系在一起的，對于理解這些事件是如何被錯誤地調(diào)節(jié)以驅(qū)動癌癥的形成非常重要。盡管科學(xué)家們之前已經(jīng)研究了細(xì)胞分裂和死亡對實驗觸發(fā)因素的反應(yīng)，但尚不清楚這些過程是如何自然發(fā)生的。
HCI團(tuán)隊找到了這個謎題的答案。他們學(xué)會了對抗機械張力來控制細(xì)胞分裂和細(xì)胞死亡。具體來說，他們發(fā)現(xiàn)拉伸的上皮細(xì)胞分裂它們，聚集的上皮細(xì)胞排出它們并死亡。
羅森布拉特說：“我們知道，為了把死亡和分裂的過程聯(lián)系起來，必須有某種監(jiān)督。”“我們的發(fā)現(xiàn)可以用一個非常簡單的原則來概括。這是機械張力。如果細(xì)胞變得太擁擠，——比以前擁擠了1.6倍，那么他們就會取出一些細(xì)胞死亡。細(xì)胞的擠壓使細(xì)胞片恢復(fù)到它們優(yōu)選的密度。
另一方面，研究人員注意到細(xì)胞在稀疏區(qū)域分裂。他們意識到這些稀疏的區(qū)域?qū)?xì)胞產(chǎn)生了拉伸張力。
羅森布拉特解釋說，“如果細(xì)胞變得過于稀疏，就會激活細(xì)胞分裂——，而分裂的信號來自機械拉伸?！睘榱蓑炞C這一點，我們拉伸細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)拉伸可以在一小時內(nèi)觸發(fā)細(xì)胞分裂！這個過程也告訴我們，拉伸是細(xì)胞分裂的正常觸發(fā)。
羅森布拉特的團(tuán)隊分析了人類結(jié)腸細(xì)胞、斑馬魚細(xì)胞和狗細(xì)胞培養(yǎng)物。細(xì)胞分裂的地方總是伸展的比較多，——是原來的1.6倍，就像細(xì)胞死亡的速率一樣。
下一個問題是找出這些過程發(fā)生的原因。羅森布拉特的團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞分裂和死亡是由同一種蛋白質(zhì)壓電1控制的。
羅森布拉特說，“基本上相同的蛋白質(zhì)可以感知擁擠和拉伸——，但結(jié)果大不相同，這取決于細(xì)胞處于什么狀態(tài)。”“壓電1就像一個恒溫器，調(diào)節(jié)兩個不同的方向。就像恒溫器同時調(diào)節(jié)溫度和溫度一樣，有一個傳感器來測量擁擠和拉伸是有意義的。如果有兩個獨立的調(diào)節(jié)器，如果一個傳感器出現(xiàn)故障，情況將很快失控。
除了了解壓電1是如何參與調(diào)節(jié)的，羅森布拉特的團(tuán)隊還確定了細(xì)胞周期中的一個階段，在這個階段，細(xì)胞處于暫停狀態(tài)，等待修復(fù)。
“我們一直認(rèn)為，一旦細(xì)胞開始分裂周期，它們就會很快過去?！薄拔覀儾恢浪鼈儠谡麄€細(xì)胞周期中休息，”羅森布拉特解釋道但是我們發(fā)現(xiàn)了一個細(xì)胞停滯并等待分裂的點。細(xì)胞分裂需要發(fā)生很多事情。脫氧核糖核酸需要復(fù)制，這樣它就可以分裂成兩半，并為每個新細(xì)胞提供與其母親相同的脫氧核糖核酸。這些細(xì)胞已經(jīng)做好了一切準(zhǔn)備，但仍處于我們沒有預(yù)料到的階段。細(xì)胞可以暫停并等待達(dá)到一定的大小。一旦它們達(dá)到這個尺寸，拉伸就會引發(fā)它們的分裂。
羅森布拉特認(rèn)為，通過深入了解細(xì)胞通常是如何自行分裂的，科學(xué)家將能夠更好地理解上皮細(xì)胞在不應(yīng)該分裂時是如何分裂的，比如在癌癥中。
“通過了解細(xì)胞死亡和分裂通常是如何調(diào)節(jié)的，”她解釋說，“我們發(fā)現(xiàn)了一種新的方法，可以讓這些過程出錯——，尤其是在我們目前沒有治療方法的疾病中，比如哮喘和轉(zhuǎn)移性癌癥?！?
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