研究人员研究如何调节细胞分裂周期

结合组织成像和人工智能，南卡罗来纳医科大学的霍林斯癌症中心研究人员在2019年5月出版的Cell Reports上在线发表的这项研究中深入探讨了如何调节细胞分裂周期。

针对多细胞生物体在发育和正常维持过程中如何控制细胞分裂的长期未解答的问题，Maria Cuitino博士及其同事使用动物模型并运用深度学习工具来测量蛋白质水平并暴露以前只能进行的细胞机制。通过细胞培养系统估计。该研究结果开始确定与不受控制的细胞分裂相关的可能的早期事件，这是早期发展为癌症的关键步骤。

过去的研究揭示了哪些分子指导细胞分裂或不分裂，但这留下了许多科学差距。由于身体由许多不同类型的细胞组成，这些细胞聚集在一起形成复杂的器官，因此一次性研究整个身体可能非常复杂，但也可能非常令人兴奋和有启发性，Gustavo Leone，博士，Hollings癌症中心主任和相应的作者对此进行了研究。

以前的研究观察了体外细胞培养系统中的单个细胞，为细胞内部的生物学提供了基本答案，但却忽略了当所有细胞共同作用形成器官时发生的相互作用。Leone及其团队的研究结果证实，至少80%的先前知识来自细胞培养系统，并解决了需要回答的新的重要问题。

“不知道何时何地”开关用于细胞分裂表达就像没有画布的油漆一样。现在我们有画布，因此我们有细胞背景，了解这些蛋白质在体内细胞内的表现，“Leone说。

这个为期五年的项目探测了“何时”和“何处”转录因子蛋白(E2F家族)的关键家族在哺乳动物细胞中表达。哺乳动物具有至少九种不同的E2F转录因子，其具有激活(on)或抑制(off)功能。细胞内的所有单位必须正常工作才能形成功能正常的器官。“我们的DNA提供了制造多种蛋白质的代码，这些蛋白质是我们细胞的功能单位。转录是第一个从DNA中产生蛋白质的生物过程，转录因子是这一过程的开关，”Leone解释说。

当细胞以不受控制的方式繁殖时，癌症是最常见的疾病之一。了解开关，转录因子，对于了解癌症等疾病过程至关重要。

研究人员使用的是一种全生物学方法，而不是研究培养细胞(或体外)中的细胞分裂调节。在这项研究中取得了两项重大发现。在这项工作中最令人惊讶的发现是，相同的E2F蛋白质家族被组织成两个模块，这些模块在我们体内的所有细胞类型和器官中起作用。“因此，无论我们体内细胞类型的多样性如何，似乎已经发展出一种通用机制来控制细胞分裂，”他说。

第二个发现是开发了能够在复杂组织中分析蛋白质时达到这种精确度的工具。本研究开发的人工工具的关键是Hollings癌症中心研究员Thierry Pecot博士。“能够开发出能够检测每个细胞中转录因子不常存在的工具并对其进行量化的工具具有临床和生物学相关性，”Pecot说。

Leone实验室利用人工智能的力量来量化小鼠组织中众多细胞的转录因子。虽然之前已经将基于深度学习的工具用于医学成像，但它还不足以识别组织/器官内的显微图像中的单个细胞。实验室使用的技术类似于自动驾驶汽车如何识别街道上的物体并允许识别单个细胞。

几十年来，特定生物学发现的确切临床相关性通常不明确。目前，该组的其他论文和新兴数据显示了E2F在癌症中的作用。Leone实验室发现三种转录因子(E2F3A，E2F8，E2F4)共同作用以控制细胞分裂，而另外两种转录因子结合起来阻止细胞分裂。这些发现为进一步研究理解这些复杂机制提供了坚实的基础。

Leone说，这项由美国国立卫生研究院资助的研究由一支具有广泛培训和专业知识的国际研究团队推动，其主要作者来自阿根廷，法国和中国，这使得思维过程和决心得以广泛开展。“坚实优雅的研究会带来更多问题，而这在哺乳动物E2F转录因子的全面深入研究中肯定是正确的。”

Leone说，该研究为未来的研究提出了重要问题。使用先进的技术，“我们发现了用于细胞分裂的开关模块在完整生物体中表达的时间和地点。”但是，我们不知道为什么有多个开关，以及这些开关是否具有冗余角色。“

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