中心餐厅的自我创造之美

这个故事最初是由可知的杂志。

Y在科学文章中，“美丽”一词并不常见。然而，我们很容易理解为什么细胞生物学家Niccolò Banterle和Pierre Gönczy在最近描述一个叫做中心粒的关键细胞结构时使用这个词审查．瑞士洛桑联邦理工学院的科学家们正在帮助提供一个更精确的视角，来了解我们的细胞是如何构造这个微观奇迹的。

从图像的横切面可以看到，中心粒是一个圆柱形的细胞器，由九组由三个被称为微管的中空管组成。每个中心粒的直径约为人类头发(约250纳米)的1 / 300，长度为头发的2倍。它位于细胞的一个区域，在显微镜下看起来非常模糊;这个模糊点和中心粒一起称为中心体。每个人的身体里都有上万亿个。中心体疾病与各种出生缺陷有关，如某些形式的侏儒症和小头畸形，并可能与癌症有关。

中心粒已经存在了20多亿年，存在于各种各样的生命形式中，可能以不同的方式使用它们。在像绿虫或布鲁氏锥虫(引起昏睡病的寄生虫)这样的单细胞生物中，中心粒形成鞭毛的核心，鞭毛是一种鞭笞状的附肢使驱动自身的细胞(包括人类的精子细胞)。Gönczy说，这可能是中心粒最初进化来做的工作。

然而，随着时间的推移，同样的结构适应了另一种功能:微调细胞的有序分裂。我们每个人开始时都是一个受精卵细胞，然后分裂成两个子细胞，每个子细胞产生两个自己的子细胞，以此类推。在正确的方式和充足的时间内进行足够的分割，对于正确构建发育中的组织至关重要。

细胞分裂的过程如下:在分裂开始时，中心体一分为二，每个部分有两个中心粒。由此产生的两个中心体向细胞的相反方向移动。从每个中心体发芽的微管然后向细胞中心生长，在那里包含细胞遗传物质的染色体排列，等待。微管附着在每条染色体上，然后在适当的时间将其拖向它们所附着的极。通过这种方式，细胞确保每个子细胞都能获得每一点DNA的副本。

荷兰乌得勒支大学的细胞生物学家Anna Akhmanova解释说，这并不严格要求中心体。“实验表明，许多细胞也可以分没有它们，整个过程就会变得非常混乱，”她说。首先，细胞需要更长的时间来正确组织微管进行分裂。另一方面，染色体可能会进入错误的细胞或者完全丢失。Akhmanova说，这个过程仍然在一定程度上起作用，但中心体使它变得健壮。

当然，分裂的结果是一个细胞现在只有两个中心粒。为了协调下一个分割，它将需要4个，所以它在再次分割之前再做两个。这是如何发生的:一个新的中心粒在一个老中心粒的侧面诞生，其独特的位置由一种不同寻常的、有自杀倾向的蛋白PLK4积累而成。Gönczy解释说:“大多数时候，新形成的PLK4蛋白会标记自己的破坏，然后被细胞循环利用。”但一旦在一个细胞的生命周期中，它们就会堆积在每个老中心粒的一侧。一个全新的中心粒就形成了。

为了指导新的中心粒的构建，细胞首先在旧的中心粒周围构建一个支架。这个支架捕获了9对名为SAS-6的蛋白质，它是中心粒惊人的9倍对称的起源。SAS-6蛋白形成一个圆形中心。在这个中枢上，有9个辐条——部分是SAS-6，部分是其他蛋白质——附着，将SAS-6中枢的对称性转化为发育中的结构。在辐条末端的“针尖”处，先是一个，然后是两个，然后是三个微管形成，然后融合在一起，形成一个坚固的、成熟的中心粒。

Gönczy解释说，这种坚固性很重要，因为中心粒经历了很多磨损和撕裂。去年，由斯坦福大学生物学家蒂姆·斯特恩斯领导的一组科学家研究了突变的人类细胞，中心粒具有单微管，而不是三联微管。他们观察到在细胞分裂期间，许多中心粒被撕裂。

英国剑桥大学的细胞生物学家Fanni Gergely解释说，没有中心粒或中心体，人类细胞无法生存，但我们中的一些人确实设法使用有缺陷的中心粒或中心体。她说:“一些人的中心体蛋白编码基因发生了突变，导致了相当不寻常的中心体的产生。”另一些则产生含有过多蛋白质的细胞。

这些错误的结果通常是相似的:细胞分裂发生，但有很大的延迟，而生物控制消除不规则或缓慢分裂的细胞，使这种延迟变得更糟。“对于一个正在发育的胚胎来说，它只有有限的时间来培养所需的所有细胞，这是一个大问题，尤其是在像大脑这样的区域，那里的细胞数量在出生时基本上是固定的，”Gergely说。较低的细胞数量意味着具有这些突变的人可能生来身体很小，或者更常见的情况是头和大脑都很小，这种情况被称为原发性小头畸形，与认知障碍有关。

Gergely正试图理解这是如何发生的。她也很好奇，如果在生命后期出现类似的突变会发生什么。她说:“胚胎中延缓细胞分裂的中心粒缺陷也可能导致成人癌症。”例如，最近的一项筛查研究，揭示了很多癌细胞都有多余的中心粒。中心粒通常也异常长，导致它们产生过多的微管，这可能导致染色体分裂不准确，并使癌细胞更具侵袭性。Gergely说，一些新的实验性疗法旨在破坏癌症细胞中心粒，尽管这些试验的结果还没有出来。

中心粒不仅在细胞分裂期间很重要:微管也可以从不分裂的细胞的中心粒中生长。染色体不会被拖来拖去，而是形成了细胞内部骨架的一部分——网状的蛋白质丝提供了力量和支持，使细胞能够移动和协调内部物质的运输。科学家们正在研究中心体如何帮助这些微管生长。

在实验室的高浓度下，制造微管的蛋白质(称为管蛋白)完全自发地结合在一起，形成空心管。在细胞中，它们从不这样做写了2017年细胞与发育生物学年度回顾．

“细胞并不想到处生长微管，”Akhmanova说。所以它通过构建一个支架来控制病情，作为中心粒周围微观模糊区域的向导。她说，只有在这个支架的帮助下，微管蛋白才会“像乐高积木一样”聚合在一起。

中心体并不是唯一发生这种情况的地方，Akhmanova补充道。当细胞分化时，微管可能在其他地方发芽。通过这种方式，每一种细胞都生长出它需要移动的骨架，或者运输、吸收或释放分子，而不需要对每一项细节进行单独的说明。“细胞构建自己，没有任何关于在哪里放置什么东西的‘计划’，”Akhmanova说。然而，这一切都运转得很好。

Tim Vernimmen是比利时安特卫普附近的一名自由撰稿人。他写有关生命科学的文章。

编者按:本文于2018年6月4日更新，以澄清细胞生物学家Pierre Gönczy和Niccolò Banterle的关系。他们在瑞士洛桑联邦理工学院工作;瑞士实验癌症研究所(Swiss Institute for Experimental Cancer Research)是EPFL的一个部门。

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