有丝分裂纺锤体的翻转对上皮细胞有灾难性的后果

构造身体就像建造房子——如果你破坏了结构的完整性，大厦就会倒塌。在细胞水平上，没有什么比上皮细胞层更清楚的了。上皮细胞层是排列在从肠道到乳腺的每个体腔中的单层细胞。只要上皮细胞紧密地包裹在一起，并粘附在它们的邻居上，构建组织屏障和构建导管的细胞业务就会顺利进行。但如果上皮细胞不能结合在一起，它们就会死亡，或者更糟，产生类似肿瘤的杂乱肿块，统称为癌。

斯托尔斯医学研究所副研究员马特·吉布森博士和bob88体育平台登录他的团队使用了简单的动物系统，比如果蝇而且海葵研究上皮细胞在细胞分裂过程中如何维持秩序。

他的实验室的新发现发表在7月21日的《美国医学杂志》网络版上自然演示的方式有丝分裂纺锤体在细胞分裂过程中将染色体分离成子细胞的机制相对于细胞层表面的排列对于维持上皮细胞的完整性至关重要。它还暗示了一种令人惊讶的方式，即当侵袭性癌症的基因表达程序出错时，细胞会启动基因表达程序。

这项研究使用了果蝇成像盘的实时成像，这是一种简单的幼虫组织，最终形成成虫的翅膀。“在培养皿中，细胞可以随意分裂，”吉布森说。“但在生物体中，细胞分裂必须与更广泛的结构背景相协调。我们的工作是解决如何上皮组织即使在细胞分裂的极端情况下，也要保持结构的完整性。”

这项工作的起点是实验室的2011年当代生物学一篇论文表明，当填充在上皮细胞中的柱状细胞分裂时，它们的上端(顶端)会短暂地膨胀起来，以允许细胞核进入该区域。分裂开始时，有丝分裂纺锤体(忠实地将染色体分配到每个子细胞中)始终平行于上皮细胞的顶端表面。

换句话说，如果你在你的肠道里用一个微型摄像机对准它的上皮细胞内膜，你会“看到”有丝分裂纺丝体看起来像一个对称的网，就像你在高中生物课本上看到的一样。

为了确定为什么它的方向是非随机的，该小组做了一个等效的实验。利用高分辨率荧光成像技术观察正在发育的翅盘中的分裂细胞，他们观察到纺锤体的两极总是在隔结附近，隔结是相邻细胞之间紧密分子接触的特定区域。两种连接成分，被称为disc Large和Scribble的蛋白质，被并列放置在纺锤体上，这表明它们可能作为指向纺锤体的线索。

几十年前给这些因素起的看似奇怪的名字反映了生物学家在缺乏每种蛋白质的果蝇突变体中所看到的情况。在没有大圆盘的果蝇中，成象盘大量过度生长，而缺乏涂鸦的果蝇胚胎就像一个混乱的涂鸦，让人联想到肿瘤。吉布森推断，这些蛋白质的肿瘤抑制活性可能与保持有丝分裂纺锤体的作用有关。

因此，他的团队从基因上删除了翼盘细胞中的Scribble、disc Large和许多其他因子，并观察细胞分裂时发生了什么，这一工作得到了Stowers显微镜中心定制的显微镜的帮助。他们看到的是戏剧性的:涂鸦缺失导致有丝分裂纺锤体以随机角度翻转，大圆盘缺失也是如此。接下来，通过直接干扰纺锤体，研究人员用视频捕捉到了带有定向错误的纺锤体的细胞开始从上皮细胞剥离或分层的过程。

“我没想到纺锤体取向缺陷足以导致上皮细胞特性的丧失，”吉布森实验室的博士后研究员、该研究的第一作者中岛裕一郎博士解释说。“但该领域的人假设纺锤体取向错误可能会导致肿瘤发生，甚至有助于癌症的发展。”

起初，研究小组并没有观察到这样可怕的后果:吉布森说，分层细胞通常“从上皮细胞中脱落”，并被细胞凋亡杀死，细胞凋亡是健康组织用来消灭受损细胞的一种机制。但是当研究小组通过实验抑制细胞凋亡时，肿瘤样的生长出现在细胞层的底部。这些细胞在侵袭性人类肿瘤中表达基因，其中包括果蝇版本的人类基质金属蛋白酶-1，一种上皮性癌症生物标志物。

中岛说:“来自上皮生物学的发现往往有助于更好地理解癌症的发展。”“我们发现纺锤体取向在增殖上皮细胞中具有抑制肿瘤的作用。因此，我们正在寻找其他可能代表新型肿瘤抑制因子的纺锤体调节因子。”

人类上皮细胞确实表达哺乳动物的Scribble和disc Large蛋白，它们都在维持上皮细胞极性或形状(转移性癌细胞中失去的一种特性)方面发挥关键作用。Scribble或disc Large是否在人类癌症中起抑癌作用尚在研究中。

吉布森敦促在比较法规时要谨慎果蝇和人类上皮细胞。尽管如此，他指出，苍蝇和人类的正常组织都是通过细胞凋亡杀死行为不当的细胞来保护自己的。如果这种机制失败，就像在人类癌症中经常观察到的那样，上皮细胞内的紊乱细胞就会逃逸。

吉布森说:“当细胞基本上被囚禁在上皮层时，一切都保持得很好。”“但在这项研究中，我们发现，仅仅迫使一个细胞从上皮细胞上剥离就足以引发异常基因表达程序。这意味着保持一个有序的结构不仅是一个物理要求，而且还可以保护细胞避免打开潜在的异常基因。”