Cell为细胞生物学理论拨乱反正

细胞生物学理论是什么？细胞每分裂一次，就会复制一次它的DNA，然后分开两份DNA拷贝，分裂成两个子细胞。这一事件受到复杂的调控，很早以前人们就知道它受cyclins的影响——随着细胞通过细胞周期的不同阶段这组蛋白的水平会相应地上升与下降。

然而这幅细胞周期图像在2008年遭到了质疑，当时一项在酵母中完成的研究提出，细胞周期的个别步骤可能并不依赖于cyclins，而是被基因表达振荡所驱动。现在由洛克菲勒大学Fred Cross领导的细胞周期遗传学实验室将cyclins放回了原位：认为其掌控了受到细胞周期调控的基因表达，证实如果完全及整体消除这些蛋白，酵母细胞将不再有周期性的基因表达脉冲，完全无法执行细胞分裂周期。这些结果报告在《细胞》（Cell）杂志上。

中央时钟

论文的第一作者、Cross实验室博士后Sahand Jamal Rahi，将细胞通过分裂周期传代比喻为制造复杂产品，例如汽车的工厂。只是在这种情况下，细胞正在改造自身。

 “一切都必须按特定的顺序发生以确保正确地生成成品。”首先必须复制各种细胞结构，然后必须复制DNA并获得合适的支架，只有这样细胞较终才会分裂成两个子细胞。这些事件必须以协调的方式发生，每一个都发生于特定时间内。

Rahi说：“问题是，在工厂车间的中心是否有一个中央时钟，让每个人知道何时完成他们的工作，还是每个工人都有自己的手表？”在这一比喻中，cyclins调控细胞周期这一观点类似于中央时钟，而在争论性理论中，根据独立运行各个蛋白质生产这一观点，更像是多名工厂工人戴着自己的手表。

在这项研究中，Rahi生成了不产生cyclins和它的周期蛋白依赖性蛋白激酶(Cdks，被cyclins激活的一个酶家族)失活的酵母菌株。他发现当通过细胞分裂周期时，这些菌株没有经历通常在酵母细胞中看到的基因表达适时振荡。这证实cyclin表达，而非基因表达的整体振荡，对于向前推动细胞周期至关重要。换句话说，在工厂的中心存在一个中央时钟。

 对癌症治疗的影响

但有一些例外的蛋白打破这一规则。Rahi说：“我们调查了其中一个蛋白SIC1，当阻断中央cyclin时钟时SIC1生产一遍又一遍地开启。通过数学建模及一些实验，我们发现SIC1反馈和稳定了cyclin钟摆当它摆动过远或过低时——一种惊人惊讶的双向效应。”

这些问题不仅对试图了解细胞分裂力学的基础科学家而言有意思，也有可能与临床相关。一个靶向Cdks的药物家族当前正在一些临床试验中进行测试治疗不同的癌症类型。更好地了解cyclins控制细胞周期的机制或许可以让我们了解这些药物在细胞中所做的事情，以及它们多大程度上有望作为抗癌药物发挥作用。

产生后代是所有生物的进化目标。单个细胞的增殖是通过细胞周期协调的。2001年，三位科学家因发现真核生物细胞周期是如何被调节的，获得了当年的诺贝尔生理学奖。较近，瑞士巴塞尔大学Urs Jenal教授带领的研究团队，确定了细菌繁殖的主要切换器。真核生物的细胞周期进程是由称为细胞周期蛋白（cyclins）的小蛋白调节，在细菌中这个作用是由一个小信号分子c-di-GMP完成的。科学家们在2015年5的《Nature》杂志描述了这一过程的分子细节（Nature：细胞周期进程的红绿灯）。

墨尔本的科学家们颠覆了四十年的细胞分裂理论，他们的研究显示，母细胞为子细胞重置了细胞分裂所用的时间。结果是两个子细胞拥有相同的细胞分裂时间，但子细胞所需的细胞分裂时间与母细胞不同。Walter and Eliza Hall研究所的科学家们发现，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，并将结果发表在2014年的PNAS杂志上。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（PNAS颠覆四十年细胞分裂理论 ）。

失控性的细胞生长与分裂是癌症的一个标志。由邓迪大学领导的一项研究对人类细胞分裂时的基因活性进行了迄今为止较完整的描述。研究人员设法收集了当癌细胞通过细胞周期时，6000多种基因编码的蛋白质分子的行为细节数据。研究小组采用先进的技术和数据分析研究了癌细胞中的基因随时间推移运作的机制。并非捕获活性“快照”，他们将这一飞跃比喻为“从摄影跳跃至视频”。

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