有絲分裂是一個母細胞分裂成兩個子細胞，而核內週期則跳過了有絲分裂過程，細胞不斷複製染色體卻不分裂，從而在無脊椎動物、植物和某些人體組織中形成了很大的細胞，如肝臟細胞和肌肉。大部分植物和無脊椎動物、甲殼綱動物和軟體動物的細胞也是經過核內週期發育而來。
“當細胞進入核內週期，它的DNA（去氧核糖核酸）加倍，體積和蛋白質含量也加倍。”論文通訊作者、弗雷德•哈欽森癌症研究中心基礎科學分部成員布魯斯•愛德格說，“所以，如果能加速一種農作物或養殖貝類的細胞核內週期，就可能讓它們的產量翻倍，抑制害蟲的核內週期也能抑制它們的生長繁殖。”
在實驗中，研究人員以果蠅為模型，通過特殊方法讓它們唾液腺的細胞在核內週期複製了大約10倍，由於DNA數量增加，每個細胞體積增大了1000倍。此外，他們還研究了基因轉錄因數和驅動核內週期與DNA複製的酶，發現在DNA複製過程中，一種名為E2F的轉錄因數被一種名為CRL4的酶暫時性破壞，DNA複製完畢後E2F恢復其功能，此週期不斷重複。
“E2F和CRL4共同形成一種分子振盪器。就好比一架水車，由裝滿水的筒和空筒共同驅動。E2F就像是水，先在一個筒中積累，而DNA複製好比是旋轉的輪子，CRL4破壞了E2F的積累，就好比是把水倒空，然後重新開始這一過程。”愛德格解釋說，細胞生長速度控制著E2F的積累速度，由此控制了細胞DNA複製與再複製的速度。E2F形成得越快，核內週期運轉得就越快，細胞也就長得越大，而這種特性可能適用於所有生長中的細胞。
在人類細胞中，有核內週期過程的細胞不多，其中重要的如胎盤中胎兒滋養層的巨細胞，它們支援著胎兒的發育。“如果它們沒有核內週期，就沒有嬰兒。”愛德格說，心肌細胞和某些特殊血細胞也經過核內週期形成，如果這一週期出現故障，就會導致某些疾病，要治療這些疾病則可以瞄準構成核內週期振盪器的蛋白質。
科技日報 2011/11/01 常麗君
Nature解開細胞週期之謎
文章的通訊作者是德國海德堡大學的生物學家，及癌症研究專家Bruce A. Edgar教授，他曾在上個世紀80年代，曾同樣在Nature雜誌上發表了有絲分裂細胞週期的開創性成果。其研究組近期剛剛贏得歐洲研究基金的260萬歐元經費。
核內週期（endocycle）是指正常有絲分裂細胞週期的變異形式，細胞只進行DNA複製，而不發生胞質分裂，形成了擁有多線染色體（polytene chromosome）的多倍體細胞，比如果蠅胚胎第6期時，濾泡細胞上皮轉變為核內週期。這一細胞週期在動物，植物，某些人類組織中廣泛存在，比如人類的肝臟，以及肌肉。
在這篇文章中，研究人員利用遺傳學方法，分析了模式動物果蠅的核內週期，首先他們聚焦於唾液腺體——這些細胞在果蠅生命週期中會發生10次核內週期DNA複製，從而造成其細胞大小超過正常細胞上千倍。
研究人員分析了這些細胞的紅鑽了因數，和驅使核內週期和DNA複製的酶，結果他們發現E2F這一轉錄因數在其中的關鍵作用，在DNA複製過程中，CRL4這種酶會暫時消化E2F，在E2F恢復之前，DNA會複製，這一週期會重複。E2F和CRL4就像一個分子振盪器，幫助這一週期完成。
研究人員還發現了細胞生長率能調控E2F積累的速度，從而控制細胞DNA以什麼速度複製。這些研究結果都表明E2F這一轉錄因數在核內週期調控中扮演了重要角色。
Edgar教授表示，“這是二十多年來首個被解開的新細胞週期之謎”，“一般來說，核內複製這一機制所用到的基因產物和原理，在所有的細胞中都能用於調控DNA複製”，因此這項研究對於許多包含有異常細胞增殖的疾病來說，都具有重要的意義，包括癌症，以及一些退行性疾病。
除此之外，Edgar教授研究組還獲得了腸道幹細胞研究的最新成果：他們發現細胞自身的表皮生長因數受體EGFR信號通道扮演著重要的作用：它刺激幹細胞分裂，並使他們的子細胞替換受損傷的腸道上皮細胞。該信號通道也可能參與了人體中大腸癌的滋生。
生物通 2011/11/01 萬紋
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