PNAS:澳大利亚科学家改进细胞分裂模型

摘要 : 澳大利亚沃尔特和伊丽莎·霍尔医学研究所联合墨尔本大学的研究人员在细胞分裂中取得惊人突破，他们发现，两个子细胞的分裂时间相同，但它们与母细胞的分裂时间并不一样。这表明母细胞在分裂期已经为子细胞重置了细胞分裂所用的时间。因为细胞分裂并不完全符合之前的预测模型，于是他们在新数据的基础上对模型进行了改进，这项研究将帮助人们更好的理解，免疫应答或癌症发展中的细胞增殖。相关文章发表于2014年4月14日的《PNAS》杂志上。

细胞周期可以分为G1期、S期、G2期和M期。G1期细胞体积增大并合成DNA复制所需的蛋白。在S期、G2期和M期中，DNA进行复制，细胞为有丝分裂做准备，并最终分为两个子细胞。先前的细胞分裂模型建立于1973年，它只能预测细胞周期的总长度。

Phil Hodgkin教授、Dr Mark Dowling、Dr John Markham、Dr Andrey Kan等人通过time-lapse显微成像，跟踪了单个B细胞和T细胞的分裂过程。他们深入分析了细胞周期的每个阶段，并记录了各阶段所用的时间。

研究人员发现，对于不同细胞而言，分裂各阶段所用的时间并不相同。“我们可以将细胞周期时间看作一根橡皮筋，每个分裂阶段都在橡皮筋上有固定的位置，它们之间的比例相同。但橡皮筋本身是可以伸缩的，这就会延长或缩短各阶段的时间。”

Hodgkin教授指出，这项研究不仅提出了一个更完善的细胞分裂模型，也有助于解释同类细胞之间的细胞周期差异。

“之前的模型认为时间差异主要来自于G1期，而S/G2/M期的时间是固定不变的，”Hodgkin教授介绍道。“它使用一个被称为‘transition probABIlity’的概念，来预测整个细胞群体的行为，但并不适用于单个的细胞。”

“我们在新数据的基础上建立了新的模型，以便更准确的预测细胞的分裂情况，”Dr Markham说。

研究人员发现，两个子细胞的分裂时间相同，但它们与母细胞的分裂时间并不一样。这说明，母细胞早在分裂之前就已经编程好了子细胞的分裂时间，但这一信息不会跨世代传递下去，当子细胞分裂时又会重置其后代的分裂时间。不过研究人员现在还不清楚这种时间设定的具体机制。

Hodgkin教授认为，这项研究不仅可以帮助人们更好的理解基础科学，也有着更为实际的应用，例如预测免疫细胞如何应该机体受到的感染。“我们的模型可以更简便地预测，B细胞和T细胞的分裂情况，”Hodgkin教授说。“这一机制是否同样适用于机体内的其他细胞，还有待于进一步的证实。”

原文摘要：

Stretched cell cycle model for proliferating lymphocytes

Mark R. Dowling, Andrey Kan, Susanne Heinzel, Jie H. S. Zhou, Julia M. Marchingo,Cameron J. Wellard, John F. Markham and Philip D. Hodgkin

Stochastic variation in cell cycle time is a consistent feature of otherwise similar cells within a growing population. Classic studies concluded that the bulk of the variation occurs in the G1 phase, and many mathematical models assume a constant time for traversing the S/G2/M phases. By direct observation of transgenic fluorescent fusion proteins that report the onset of S phase, we establish that dividing B and T lymphocytes spend a near-fixed proportion of total division time in S/G2/M phases, and this proportion is correlated between sibling cells. This result is inconsistent with models that assume independent times for consecutive phases. Instead, we propose a stretching model for dividing lymphocytes where all parts of the cell cycle are proportional to total division time. Data fitting based on a stretched cell cycle model can significantly improve estimates of cell cycle parameters drawn from DNA labeling data used to monitor immune cell dynamics.

作者：测序中国

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