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人类细胞分裂的480个基因

来自美国卡耐基-梅隆大学(Carnegie Mellon University) 、以色列希伯莱大学医学院(Hebrew University Medical School)和德国的科学家们组成的研究小组发现了人类细胞分裂的480个基因,并从中识别出了100个基因在癌症细胞中具有遗传的活性模式,这一研究成果公布在《美国国家科学院院刊》(PNAS)在线版(1月7日)上。

领导这一研究的是卡耐基-梅隆大学的生物信息学专家Ziv Bar-Joseph,现任生物信息学中心的副教授。其它研究人员还包括希伯莱大学医学院的Itamar Simon,卡耐基-梅隆大学的鲁勇(Yong Lu,音译)等。

细胞分裂是生物体生长和繁殖的基础,通常由一个母细胞产生两个或若干子细胞。分裂前的细胞称母细胞,分裂后形成的新细胞称子细胞。细胞分裂通常包括核分裂和胞质分裂两步。在核分裂过程中母细胞把遗传物质传给子细胞。在单细胞生物中细胞分裂就是个体的繁殖,在多细胞生物中细胞分裂是个体生长、发育和繁殖的基础。

Bar-Joseph表示,恶性细胞会失去对于复制过程的控制,因此在细胞分裂过程中检测出正常细胞和恶性细胞周期基因的差异,能为解释癌症是如何发育形成的提供很多重要的线索。

不同于其它的癌症研究——一般都是寻找引发癌症的丢失了的基因,在这项研究中,研究人员通过一些比较不明显的方式发现了致癌的基因,希伯莱大学医学院分子生物学家Itamar Simon指出,“我们发现了许多癌症相关基因,但是这些基因并没有被激活,或者表达出来,仅仅以正常的形式存在”。不同于在细胞复制和发育过程中正常关闭或开启的基因,这些基因在一种稳定的状态下表达或者完全不表达。

这些在癌症细胞中负调控的基因包含了一些已知与癌症相关的基因,比如PER2和HOXA9,但大部分没有,其中还有三种基因是与细胞DNA复制过程中修复遗传突变相关的基因。

癌症细胞中DNA修复基因不能行使功能增加了一些与癌症相关,但也许并不会引起癌症的突变的发生频率,,Bar-Joseph表示,“一些突变也许是由非细胞周期蛋白引起的,而不是由于其周围基因的原因。”

要想搞清楚遗传突变是某些癌症的副产物,还是引发原因,需要更进一步的研究分析,同样要了解118个基因中的哪一些不会出现在癌症细胞循环也是具有十分重要的意义。

Simon表示,“这些基因看上去很重要,但是我们不知道哪一些起着关键作用,或者说哪一些在药物治疗中能成为靶标”,“我们已经缩小的候选范围,现在我们能定位在100个基因上,而不是成千上万个基因。”

利用传统的技术很难辨认出人类细胞周期基因中的全部成分,分子生物学家在酵母、植物和小鼠,以及人类癌症细胞系,譬如HeLa细胞系中发现了细胞周期基因,但是要识别出人类正常细胞中所有的细胞周期基因并没有那么容易,一般无法完成。

这些分子生物学家在研究人类细胞中遇到的问题与细胞发育过程停滞捕捉有关,因此利用芯片技术能检测出在细胞周期的早期阶段有哪些基因进行了表达,Simon表示,当细胞重新回到周期循环中,一些基因并不会完全重新开始,还有一些会以不同的间隔差异返回。

为什么在人类中存在,但其它物种中没有出现这一问题,现在并不得而知,但是这导致细胞分散在细胞周期得不同阶段,要想对这些不同步得细胞进行监测十分麻烦。

Bar-Joseph表示,“人们都说你不能解决这个问题”,但是利用一种称为deconvolution的生物信息学方法能有效的减少数据中的“noise”——这种deconvolution在许多譬如成像过程,及信号过程领域中经常用到。

在实验中,研究小组捕捉和释放培养细胞,然后检测其DNA,用以识别哪些能终止细胞周期的基因,以及存在于细胞周期不同阶段的基因。这些信息可以构建出一种细胞行为模式,用以对基因表达数据进行重新分析,帮助研究人员将从细胞周期同一阶段中的细胞上获得的表达数据结合起来。

名词解释:

细胞分裂

一个细胞分裂为两个细胞的过程。分裂前的细胞称母细胞,分裂后形成的新细胞称子细胞。细胞分裂通常包括核分裂和胞质分裂两步。在核分裂过程中母细胞把遗传物质传给子细胞。在单细胞生物中细胞分裂就是个体的繁殖,在多细胞生物中细胞分裂是个体生长、发育和繁殖的基础。

原核细胞的分裂。现在还了解不多,只对少数细菌的分裂有些具体认识。原核细胞既无核膜,也无核仁,只有由环状DNA分子构成核区,又称拟核,具有类似细胞核的功能。拟核的DNA分子或者连在质膜上,或者连在质膜内陷形成的质膜体上,质膜体又称间体。随着DNA的复制间体也复制成两个。以后,两个间体由于其间的质膜的生长而逐渐离开,与它们相连接的两个DNA分子环于是被拉开,每一个DNA环与一个间体相连。在被拉开的两个 DNA环之间细胞膜向中央长入,形成隔膜,终于使一个细胞分为两个细胞。

真核细胞的分裂。按细胞核分裂的状况可分为3种:即有丝分裂、减数分裂和无丝分裂。有丝分裂是真核细胞分裂的基本形式。减数分裂是在进行有性生殖的生物中导致生殖母细胞中染色体数目减半的分裂过程。它是有丝分裂的一种变形,由相继的两次分裂组成。无丝分裂又称直接分裂。其典型过程是核仁首先伸长,在中间缢缩分开,随后核也伸长并在中部从一面或两面向内凹进横缢,使核变成肾形或哑铃型,然后断开一分为二。差不多同时细胞也在中部缢缩分成两个子细胞,由于在分裂过程中不形成由纺锤丝构成的纺锤体,不发生由染色质浓缩成染色体的变化,故名。

细胞分裂(cell division)是活细胞繁殖其种类的过程。通常包括核分裂和胞质分裂两步。在核分裂过程中母细胞把遗传物质传给子细胞。在单细胞生物中细胞分裂就是个体的繁殖,在多细胞生物中细胞分裂是个体生长、发育和繁殖的基础。1855年德国学者魏尔啸(R.Virchow)提出“一切细胞来自细胞”的著名论断,即认为个体的所有细胞都是由原有细胞分裂产生的。现在除细胞分裂外还没有证据说明细胞繁殖有其他途经。

责任编辑:Mark
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    摘要
    来自美国卡耐基-梅隆大学(Carnegie Mellon University) 、以色列希伯莱大学医学院(Hebrew University Medical School)和德国的科学家们组成的研究小组发现了人类细胞分裂的480个基因,并从中识别出了100个基因在癌症细胞中具有遗传的活性模式,这一研究成果公布在《美国国家科学院院刊》(PNAS)在线版(1月7日)上。
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