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「呼吸界」应颂敏、沈华浩团队发现损伤DNA分配的奥秘

如果要将正在教室里上课的100名学生分成两个小班 ， 你会怎样分配？是随机分配 ， 还是按照一定的类别 ， 比如男生、女生来归类？显然随机分配更简单 ， 归类分配操作难度更大 。
其实 ， 类似这样的一幕每时每刻都在我们的生命体中上演 ， 这就是细胞分裂 ， 即活细胞增殖并且由一个细胞分裂为两个细胞的过程 。 细胞分裂通常包括细胞核分裂和细胞质分裂两部分 ， 其中在核分裂的过程中母细胞就把遗传物质传递给了子细胞 ， 维持了生命遗传信息的延续 。
那细胞分裂时胞内物质是无规律地随机分配给两个子代细胞还是按一定法则非随机分配的呢？过去的传统观念认为 ， 母细胞在细胞分裂时细胞成分是均等分布到一对子细胞中的 。 但是 ， 约半世纪前科学家发现 ， 细胞分裂时染色体存在非随机分配的可能性 ， 不过背后的相关机制和可能的驱动因素一直没有得到充分的研究和阐释 。
近日 ， 浙江大学医学院/附属第二医院呼吸与危重症医学科应颂敏教授、沈华浩教授团队在实验中观察到了有丝分裂中染色体的非随机分配现象 ， 即一个子细胞里的染色体DNA完好无损 ， 而另一个子细胞里的染色体DNA却伤痕累累 ， 伴有明显的DNA损伤修复反应 。 研究人员发现ATR/CHK1信号通路在对损伤染色体的非随机分配过程中起着至关重要的调控作用 ， 看似「生命体非常聪明地通过这种方式来『保种』」 。
北京时间4月30日凌晨 ， 国际著名的Cell子刊《分子细胞》（Molecularcell）在线刊登了这项工作 。 医学院2015级博士研究生邢美春和2016级博士研究生张凤娇为论文的共同第一作者 ， 浙江大学医学院/附属第二医院呼吸与危重症医学科应颂敏教授、沈华浩教授和丹麦哥本哈根大学IanD.Hickson教授为论文的共同通讯作者 。
「呼吸界」应颂敏、沈华浩团队发现损伤DNA分配的奥秘
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一场细胞有丝分裂中的染色体木偶戏
智慧「隔离」 ， 阻止受损DNA对集体的破坏
在约半世纪前的一项研究中 ， 科学家发现 ， 细胞非随机分配时 ， 母细胞会分裂成两个不同的子细胞 ， 一个是「新」细胞 ， 一个是「旧」细胞 。
2013年 ， 应颂敏回国在浙江大学任教 ， 在一次带领本科学生做创新实验时 ， 意外观察到了一对外表长得很像但内在并不相同的「双胞胎」细胞 ， 也就是非常少见的细胞分裂的不对称分配现象 。
通过免疫荧光染色的方法 ， 他们发现 ， 这对以往被称为「新」细胞和「旧」细胞的双胞胎藏着一个大奥秘 。 「旧」细胞继承的母细胞的染色体DNA都是完好的 ， 而「新」细胞中的染色体DNA却有很多是受损的 ， 「表面上看是新旧的区分 ， 实质上是损伤与非损伤染色体的分配 。 」应颂敏说 。
原来 ， 细胞增殖、分裂的过程中 ， 充满着各种挑战 ， 有可能出现染色体DNA损伤的情况 ， 这时候生命体会尽快地开展自我修复 ， 但有的时候 ， 受损的染色体DNA并不能在细胞分裂之前被完全修复 。 在这样的情况下 ， 如果细胞分裂还是随机分配 ， 就会把受损的染色体DNA同时遗传给两个子细胞 ， 然后2传4 ， 4传8 ， 最终造成不可估量的后果 。
这个时候 ， 「隔离」也是一种爱 。 母细胞非常聪明地在分裂过程中进行了调配 ， 无损伤的染色体都去了其中一个子代细胞 ， 并使其保留了增殖能力 ， 而损伤的染色体都被「隔离」到了另一个同胞子代细胞中 ， 并倾向于发生细胞周期阻滞或细胞死亡 。
「正是因为这样的隔离 ， 好的子代细胞可以进一步发育和增殖 ， 不好的子代就被淘汰掉了 。 」应颂敏说 ， 隔离受损细胞这一调配作用可能在干细胞发育时也起到保证生命种子长期存活的关键作用 ， 「这涉及到非常基础的生命学现象 ， 关系到细胞在进化过程中如何将完好的遗传信息保留到一个子代细胞中 。 」
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