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癌細(xì)胞本是正常的細(xì)胞，只是在它們的生命中做出了錯(cuò)誤的發(fā)育決定。在一項(xiàng)針對(duì)果蠅中相當(dāng)于在許多人類白血病中都有的原癌基因的同系物研究中，美國(guó)西北大學(xué)的研究人員已經(jīng)深入了解了正常發(fā)育中的細(xì)胞如何轉(zhuǎn)變?yōu)槭芟拗频?，或特定的狀態(tài)，以及此過程在癌癥中可能發(fā)生的錯(cuò)誤。
果蠅眼睛由許多不同的特化細(xì)胞所構(gòu)成，如光感神經(jīng)元和視錐細(xì)胞。由于果蠅與人類共有許多相同的致癌基因，科學(xué)家們于是利用果蠅（普通果蠅）的復(fù)眼作為模型來(lái)研究人類癌癥中所發(fā)生的錯(cuò)誤。
一個(gè)由生物學(xué)家Richard W. Carthew和工程師Luís A.N. Amaral共同領(lǐng)導(dǎo)的多學(xué)科團(tuán)隊(duì)研究了發(fā)育中的眼睛細(xì)胞的正常行為。研究人員很吃驚地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)細(xì)胞從一個(gè)更原始，干細(xì)胞樣的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦禺愋缘臓顟B(tài)時(shí)，一種名為Yan的重要蛋白質(zhì)的濃度開始發(fā)生劇烈波動(dòng)。如果這種蛋白質(zhì)水平?jīng)]有或不能波動(dòng)，細(xì)胞就不會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變并繼續(xù)發(fā)育。
“這個(gè)劇烈的波動(dòng)或噪聲，發(fā)生在細(xì)胞過渡的時(shí)候，”西北大學(xué)藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院的分子生物科學(xué)教授Carthew說(shuō)。“這是*次我們看到在發(fā)育細(xì)胞從A點(diǎn)到B點(diǎn)時(shí)存在著一個(gè)短暫的時(shí)間段。這種噪聲是中間狀態(tài)的一個(gè)標(biāo)志，并且對(duì)細(xì)胞轉(zhuǎn)換為特異狀態(tài)來(lái)說(shuō)很重要。這個(gè)中間狀態(tài)可能就預(yù)示著正常細(xì)胞走上了癌變道路。”
研究人員還發(fā)現(xiàn)，一種名為EGFR的細(xì)胞受體收到的分子信號(hào)對(duì)于關(guān)閉這個(gè)噪聲至關(guān)重要。如果沒有接收到該信號(hào)，細(xì)胞就保持在不受控制的狀態(tài)。
通過重點(diǎn)查明在細(xì)胞的正常分化過程中的這種噪音和它的“關(guān)閉”開關(guān)，西北大學(xué)的研究人員給科學(xué)家們研究細(xì)胞怎樣脫離控制轉(zhuǎn)變成為癌細(xì)胞提供了目標(biāo)。
這項(xiàng)研究結(jié)果作為封面文章發(fā)表在1月14日出版的生命科學(xué)和生物醫(yī)學(xué)期刊eLife的在線版上。
西北大學(xué)的研究人員研究的這種“噪聲”蛋白在果蠅和人類中分別稱為Yan和-1（該蛋白是一種轉(zhuǎn)錄因子）。-1蛋白指示細(xì)胞變成白細(xì)胞，產(chǎn)生該蛋白的基因，原癌基因-1，經(jīng)常在白血病中發(fā)生突變。
果蠅中能夠關(guān)閉噪聲信號(hào)的EGFR蛋白在人類中稱為Her-2。Her-2是一種在人類乳腺癌中起著重要作用的原癌基因。
“從表面上看，果蠅和人類有很大的不同，但我們卻共享著眾多基礎(chǔ)基因，” Carthew說(shuō)。“我們可以利用果蠅遺傳學(xué)來(lái)了解人類是如何運(yùn)轉(zhuǎn)的，以及在癌癥和其他疾病中發(fā)生了什么差錯(cuò)。”
果蠅細(xì)胞很小且緊密地排列在一起，這使研究它們很具有挑戰(zhàn)性。Carthew 和 Amaral團(tuán)隊(duì)的生物學(xué)家，化學(xué)和生物學(xué)工程師，計(jì)算機(jī)專家和化學(xué)家一起想出了如何識(shí)別和分析果蠅眼睛中成千上萬(wàn)的單個(gè)細(xì)胞。
“在過去，人們建立的控制細(xì)胞分化的常規(guī)網(wǎng)絡(luò)模型大部分是通過同時(shí)擾亂此網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)或兩個(gè)部件，然后將這些結(jié)果轉(zhuǎn)化為模型，”麥考密克工程學(xué)院的化學(xué)教授和生物工程師Amaral說(shuō)。“我們?cè)诎l(fā)育過程中檢測(cè)視網(wǎng)膜時(shí)，發(fā)現(xiàn)了關(guān)鍵調(diào)控因子Yan和EGFR的異常行為。”
在這項(xiàng)跨學(xué)科研究中與Amaral和Carthew一起工作的博士生，文章的*作者Nicolás Peláez，開發(fā)了新的工具在發(fā)育的果蠅中來(lái)研究此噪聲的這個(gè)奇怪特性。他的方法使研究人員能夠方便地測(cè)量Yan蛋白的濃度和其波動(dòng)（噪聲）。
一個(gè)果蠅細(xì)胞從一種不受限制的細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)特異性的細(xì)胞需要15至20個(gè)小時(shí)，Carthew說(shuō)。Peláez確定Yan蛋白在上述時(shí)間段會(huì)波動(dòng)6到8小時(shí)。
“研究調(diào)控果蠅眼睛式樣的分子動(dòng)力學(xué)有助于我們認(rèn)識(shí)人類疾病，”Peláez說(shuō)。“利用果蠅這種模式生物將幫助我們理解在復(fù)雜動(dòng)物中控制分化的基本生物學(xué)原理。”