生物通報道：所謂動態，就是與靜態相對而言的一種狀態，比如動態，航班動態，股市動態等等。自然界中zui大的動態聚合體可以說就是生物體了——即使生物是靜止的，但其機體內部，器官組織細胞無一不在活動當中。在早期的生物學研究中，主要觀察分析的都是靜態行為，隨著技術的發展，以及對生物奧秘的進一步探索，科學家們開始研究活細胞動態行為。

   來自斯托瓦斯醫學研究所的李戎教授實驗室就是這樣一個對細胞“動態”著迷的研究組。他們探索細胞系統的行為和相互作用，希望能了解zui重要的細胞動態行為之一——細胞分裂的分子機理，以及形態發生過程中自組裝行為的分子和物理學機制等。 
 
   近期這一研究組接連在《Nature Cell Biology》雜志上發表文章，分別探討了微絲骨架在卵原細胞紡錘體周質定位的動態維持中的重要作用，以及磷脂的質膜不對稱分布對細胞極性動態維持中cdc42分子再循環的影響。這些成果對于細胞不等分裂，細胞極性等主要問題的解析提供了重要幫助。為了更深入的了解這些成果，生物通特了李戎教授，進一步追蹤了這些動態成果。
 
細胞骨架對細胞極性的影響
 
   細胞骨架在細胞極性建立與維持中起著至關重要的作用，這一研究方向也是斯托瓦斯醫學研究所的李戎教授研究組的重要研究方向之一。李戎研究組利用小鼠卵原細胞和經典單細胞模型出芽酵母為研究材料，試圖揭示在不等細胞分裂過程中細胞骨架對細胞極性的影響。
  近期李戎研究組在Nature Cell Biology上連續發表兩篇文章，分別探討微絲骨架在卵原細胞紡錘體周質定位的動態維持中的重要作用，以及磷脂的質膜不對稱分布對細胞極性動態維持中cdc42再循環的影響。  
  在“Dynamic maintenance of asymmetric meiotic spindle position through Arp2/3-complex-driven cytoplasmic streaming in mouse oocytes”文章中，他們發現抑制肌動蛋白成核因子Arp2/3復合體 會影響紡錘體定位。早期研究認為是微管在有絲分裂過程中能幫助定位紡錘體，但是還有研究表明也有可能是肌動蛋白在起作用。
   為了了解到底在這一過程中肌動蛋白是否，以及如何作用，研究人員利用熒光蛋白示蹤，活細胞成像以及時空聯合圖像相關性波譜技術（STICS），發現Arp2/3復合體形成的微絲在卵原細胞中 會引起微絲的流動，微絲流動進而促進胞質環流。環流從周質起始，從細胞中心流向紡錘體。另一方面，Arp2/3復合體形成的微絲還起著抑制分裂環過早收縮的作用。 這些實驗分析和數學模型證實這一動態促進紡錘體的周質定位紡錘體的周質定位對卵原細胞的不等分裂起關鍵作用。
 
   不孕癥和出生缺陷與卵細胞發育息息相關。臨床上，若卵原細胞不能正確進行不等分裂以排出極體，則形成的卵細胞一般不能受孕，或者即使受孕也不能進一步發育。 這項工作揭示了微絲在紡錘體周質定位中的重要作用，深入研究這種機制可以防止紡錘體錯誤移位，因此對發展體外輔助生殖技術有一定意義。 

Cdc42在細胞極性中扮演的重要角色
 
   在另外一篇文章“Flippase-mediated phospholipid asymmetry promotes fast Cdc42 recycling in dynamic maintenance of cell polarity”中，這個研究組深入研究了Cdc42在出芽酵母細胞極性中扮演的重要調控作用。以前的研究表明，Cdc42是細胞極性建立過程中的關鍵分子，在一個非極性細胞中，Cdc42隨機分布在細胞內，而當被激活的時候，這一分子就會富集到細胞膜上。當細胞膜上某些部分的Cdc42就比其它地方多至一定程度后，就會啟動一系列下游生物過程，zui終細胞會在Cdc42高濃度處進行出芽。以往的研究表明微絲骨架的動態和Cdc42的極性化形成可能存在一個正反饋機制。在這篇文章中，李戎研究組進一步揭示了磷脂脂膜不對稱分布對Cdc42極性定位的調節機制。  
   幾十年前，科學家們認為細胞極性也許是由外部因素，比如細胞外的空間化學信號決定的，而這項研究證明細胞無需外部信號，也能進行極化，這說明細胞內部具有極化和出芽能力。
 
細胞“動態”研究技術
 
   那么針對細胞動態行為的研究，采用了哪些技術呢，李戎研究組介紹道，“除經典的分子生物學技術外，這一研究所涉及的技術包括顯微注射， 活細胞激光共聚焦成像，以及時空聯合圖像相關性波譜技術。 
 
   不同于一般的培養細胞系，卵原細胞內外源蛋白表達如熒光蛋白的表達不能依賴常規的細胞轉染技術，而是要將體外轉錄的信使RNA通過顯微注射引入細胞。另外為了定量分析微絲和胞質環流，我么采用了時空聯合圖像相關性波譜技術。這一技術通過測量激光共聚焦系列圖像中熒光分子強度漲落的相關性來定量細胞內流動物體速度的大小和方向。”
 
   在這些研究中采用了一種稱為熒光漲落譜（Fluorescence Fluctuation Spectroscopy）方法。這是一種用于分析分子濃度，運動，以及復合物多聚體形成的有力方法，它通過分析熒光強度的微小漲落來獲取相關信息。這兩篇文章利用的熒光相關性波譜技術（FCS）就屬于該項技術的一種。在細胞生物學研究中，熒光漲落波譜技術一般用于對動態系統的分析。
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細胞動態研究的思路與知識
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   李戎研究組聚焦于細胞骨架與細胞極性等方面的研究，這是許多細胞功能諸如細胞運動，分裂，分化的基礎，開展這項研究對于理解生命奧秘，發現疾病機制有重要意義。他們的研究思路主要是在研究過程中，試圖回答該領域的前沿問題，并且注重應用新技術來解決領域內的重要問題。
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   在談到這一研究領域的知識背景的時候，李戎認為，“細胞骨架和極性研究屬于經典的細胞生物學研究領域。除扎實的生物化學與分子生物學知識外，這一領域著重動態過程的追蹤，這要求研究者掌握前沿的顯微鏡成像技術，以及熟練的圖像分析技能。
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   細胞骨架和細胞極性建立均為動態過程，這還要求研究者有一定的生物物理學知識，能夠從物理學的角度來理解如細胞內力的產生等重要現象。 zui后，復雜的生物過程往往需要建立數學模型來加以理解，相當的數學知識會有助于這一領域的研究”
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（生物通：王蕾）
 
原文檢索：
Flippase-mediated phospholipid asymmetry promotes fast Cdc42 recycling in dynamic maintenance of cell polarity
Nat Cell Biol. 2012 Feb 19;14（3）:304-10. doi: 10.1038/ncb2444.
Dynamic maintenance of asymmetric meiotic spindle position through Arp2/3-complex-driven cytoplasmic streaming in mouse oocytes
Nat Cell Biol. 2011 Aug 28;13（10）:1252-8. doi: 10.1038/ncb2320.
 
作者簡介：
李戎教授：Rong Li is currently an investigator in the Stowers Institute for Medical Research.  Before joining Stowers Institute, she was a faculty member of Harvard Medical School.  She received both her B. S. and M. S. degrees from Yale University in 1988. In 1992, she earned her doctorate degree from the University of California, San Francisco. Prior to being appointed as Assistant Professor of Cell Biology in Harvard, Dr. Li carried out postdoctoral research at the University of California, Berkeley. In 2005, Dr. Li moved her laboratory to the Stowers Institute for Medical Research.   
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研究重點：I.細胞骨架與細胞極性（Cytoskeleton and cell polarity） 
          II. 熒光漲落譜方法及其活細胞應用（Fluorescence Fluctuation Spectroscopy and its application）
          III. 細胞非整倍體/多倍體化與適應性進化（Aneuploidy/polyploidy and adaptive evolution） 
          IV. 常染色體顯性多囊腎病（Autosomal dominant polycystic kidney disease）

來源：生物通