人們長期以來認為，在胚胎的第一次細胞分裂過程中，一個紡錘體負責將胚胎內的染色體分離到兩個細胞中。如今，來自歐洲分子生物學實驗室(EMBL)的研究人員證實實際上存在兩個紡錘體：一個紡錘體分離一組父本染色體，另一個紡錘體分離一組母本染色體，這意味著來自親本的遺傳信息在第一次細胞分裂過程中一直都是分開的。這些研究結果注定要改變生物教科書。相關研究結果發表在2018年7月13日的Science期刊上，論文標題為“Dual-spindle formation in zygotes keeps parental genomes apart in early mammalian embryos”。
這種雙紡錘體形成可能解釋了哺乳動物早期發育階段(涉及最初的幾次細胞分裂)發生的高錯誤率。領導這項研究的EMBL小組負責人Jan Ellenberg說，“這項研究的目的是找出為何在最初的幾次細胞分裂中會發生這麼多錯誤。我們已知昆蟲等簡單生物中的雙紡錘體形成，但是我們從未想過諸如小鼠之類的哺乳動物就也會出現這種情況。這一發現令人大吃一驚，表明人們應該為意外發現做好準備。”
破解存在了20年的謎團
科學家們一直觀察到親本染色體在雙細胞胚胎(two-cell embryo)的細胞核中形成兩個半月形的部分，但是不能清楚地對此加以解釋。論文第一作者、Ellenberg團隊的成員Judith Reichmann 說，“首先，我們僅關注親本染色體的運動，我們無法理解親本染色體分離的原因。僅當著重關注微管---組成紡錘體的動態結構---時，我們才能首次觀察到看到雙紡錘體形成。這就讓我們能夠為這個存在了20年的謎團提供一個解釋。”
什麼是有絲分裂?
有絲分裂是一個細胞分裂的過程，在這個過程中，一個細胞分裂成兩個子細胞。它發生在多細胞生物的一生當中，不過當生物在生長和發育時，它是特別重要的。有絲分裂的關鍵步驟是將相同的兩個基因組拷貝傳遞給兩個子細胞。為此，DNA經複製後組裝成被稱作染色體的致密線狀結構。隨後這些染色體附著在長長的組裝成一個紡錘體的蛋白纖維上，接著這個紡錘體將這些染色體拉開，從而觸發兩個新的細胞形成。
什麼是紡錘體?
紡錘體是有薄薄的管狀蛋白組件(即微管)組裝而成的。在動物細胞的有絲分裂期間，這些微管動態地生長並且自我組裝成一個圍繞著染色體的雙極紡錘體。這些微管纖維向染色體生長並與它們連接在一起，從而為染色體分離到兩個子細胞中做準備。通常每個細胞僅形成一個雙極紡錘體，然而，這項研究表明在胚胎的第一次細胞分裂期間，存在兩個紡錘體：針對母本染色體和父本染色體各形成一個紡錘體。
新的分子靶標
Ellenberg解釋道，“這種紡錘體形成提供了一種之前未知的機製，因此這可能解釋了我們在哺乳動物胚胎的最初幾次細胞分裂中觀察到的常見錯誤。這樣的錯誤能夠導致細胞具有多個細胞核，從而阻止胚胎發育。如今，我們利用這種新機製尋找和鑒定新的分子靶標。重要的是要弄清楚它是否也存在人體中，這是因為這可能為研究如何改善人類不孕症治療等方麵提供有價值的信息。”
生命的開始
此外，來自這篇論文的知識可能會影響立法。在一些國家，法律規定在受精後，當卵子和精子的細胞核融合在一起時，一個人的生命就開始了，因此它應當受到保護。
如果事實證實這種雙紡錘體形成過程也存在於人體中，那麼對人生命開始的這個定義就並不是完全準確的，這是因為這種融合稍晚地發生，在第一次細胞分裂後發生。
直到現在才成為可能
借助於Ellenberg團隊和EMBL的Lars Hufnagel團隊開發出的光片層掃描顯微鏡(light-sheet microscopy)，這一發現才成為可能。鑒於胚胎對光是非常敏感的而且傳統的光學顯微鏡方法會對它造成損傷，這種光片層掃描顯微鏡允許對胚胎的早期發育進行實時的三維成像。這種光片層掃描顯微鏡的高速掃描和空間精確極大地降低胚胎接觸的光量，從而對這些之前無法觀察到的過程進行詳細分析。(生物穀 Bioon.com)
參考資料：
Judith Reichmann1, Bianca Nijmeijer1, M. Julius Hossain et al. Dual-spindle formation in zygotes keeps parental genomes apart in early mammalian embryos. Science, 13 July 2018, 361(6398):189-193, doi:10.1126/science.aar7462.
Agata P. Zielinska, Melina Schuh. Double trouble at the beginning of life. Science, 13 July 2018, 361(6398):128-129, doi:10.1126/science.aau3216.
