文章專區

顛覆過往百年來的細胞分裂研究新發現！中央研究院細胞與個體生物學研究所（以下簡稱中研院細生所）助研究員陳振輝團隊，發現斑馬魚（Danio rerio）發育時的一種獨特細胞分裂方式，在分裂過程不需要複製遺傳物質（DNA），命名為「無合成分裂」（asynthetic fission）。該篇研究於今（2022）年4月發表於《自然》（Nature）期刊。

細胞分裂是現生所有生物體生長的基礎，透過製造出新的細胞，生物便能執行發育、生長、繁殖等行為。自1853年德國植物學家馮莫爾（Hugo von Mohl）首次觀察到細胞分裂以來，過去180年大家只知道二種細胞分裂方式，分別是「有絲分裂」與「減數分裂」。其中有絲分裂是指體細胞（如皮膚、肌肉細胞）由一個母細胞，分裂為二個具有相同染色體數量的子細胞，藉由有絲分裂，生物個體得以發育、成長；而減數分裂則由生殖細胞的母細胞，分裂為四個染色體數量僅有母細胞一半的子細胞（如精細胞、卵細胞），有助於個體的有性生殖。

研究團隊以斑馬魚作為研究對象，長期深入探索生物再生過程中的細胞與分子機制。而為了能即時並以高解析度追蹤斑馬魚體表每一個皮膚細胞的動態活動，他們更研發出多顏色活細胞標誌工具「Palmskin」，以上百種不同的顏色標示出不同表皮細胞。在研究過程中，團隊意外發現斑馬魚在個體發育的一個特定階段中，原先被認為不會分裂增生的最表層體細胞（即表皮細胞）的單一母細胞居然能分裂二次，最終產生四個子細胞，且這些子細胞都不具有完整的母細胞DNA。此外，研究團隊更發現分裂後的表皮子細胞形狀變小、變扁，為什麼斑馬魚的表皮細胞需要採用這種分裂方式？這與個體發育成長過程遇到的挑戰有關嗎？

為了解答斑馬魚表皮細胞分裂之謎，團隊以數學幾何模型為基礎，與中研院化學研究所研究員許昭萍、顏清哲一同合作，定量分析斑馬魚的表皮細胞的體積變化，發現斑馬魚的單一表皮細胞在經過二次「無合成分裂」後，整體表面積將增加六成。表皮細胞的表面積增加，對於斑馬魚的生長、發育有哪些好處？陳振輝表示，由於斑馬魚幼魚在特定發育階段的生長速度極快，為了維持生物體穩定的皮膚雙層結構，下層的表皮幹細胞會以「有絲分裂」增生，但上層已分化完成的表皮細胞已喪失此能力，因此才會轉向「無合成分裂」的模式，以求快速增加幼魚的體表面積。

藉由這種無合成分裂，能讓斑馬魚的表皮細胞在資源有限的情況下，得以快速且有彈性的延展開來，有效率地增加牠的體表局部面積，並維持斑馬魚表皮細胞的穩定覆蓋率，可說是一種斑馬魚幼魚在特定發育階段採用的應急策略。儘管目前研究團隊對於「無合成分裂」的了解尚處於初步階段，但斑馬魚已是常見於研究個體發育、再生反應、人類疾病時的重要模式生物。或許此種新型態的細胞分裂方式，不只存在於斑馬魚體表的表皮細胞，團隊未來也期望能針對斑馬魚的其他器官組織進行更多研究與探索。

由於這項研究顛覆了大家過往對細胞分裂的認知，在投稿初期就收到許多審查意見。陳振輝回憶起投稿過程的艱辛，說道「不只審稿人有意見，我們自己也想知道是否還有其它可能的解釋。」甚至在最開始觀察到斑馬魚表皮的這種特殊細胞分裂模式時，他還認為會不會是研究工具出了差錯，否則怎麼會跟教科書教的完全不同！

即使文章投稿過程歷經許多艱難，團隊成員仍對研究抱持著滿滿的興致，期望能向大家分享「另一種細胞分裂方式的可能」，讓更多人知道這項新鮮事。

（123RF）

新聞來源
中央研究院新聞稿，〈顛覆過去發現！中研院團隊首揭細胞「無合成分裂」登上《Nature》期刊〉，2022年5月2日。