第八十一期斑马鱼表皮细胞分裂无需DN

年4月27日，Chen-HuiChen等人在Nature杂志上发表了题为“Skincellsundergoasyntheticfissiontoexpandbodysurfacesinzebrafish”的研究论文，该研究发现斑马鱼表皮细胞的扩增是通过无需DNA扩增的细胞分裂来完成的。

研究背景

脊椎动物的表皮呈现出一种分层结构，在小鼠和斑马鱼模型中进行的相关研究中，都确定了表皮基底层中某些能够产生基底上皮细胞的祖细胞，基底层上皮细胞和浅表上皮细胞。小鼠和斑马鱼表皮中的主要差异是斑马鱼没有角质层，最外层被高度分化的上皮细胞和一层薄薄的透明粘液所覆盖。这一关键特征为研究动物体表皮细胞的高分辨率、高容量活体可视化提供了独特的机会。

研究结果

随着动物的表面积在发育过程中的扩大，皮肤细胞群必须快速响应以保持足够的上皮覆盖。尽管在体内对表皮细胞行为的了解有了很大的进展，但目前尚不清楚细胞如何集体行动以满足机体水平的覆盖需求。为了观察细胞大小和形状的动态变化，研究者基于Brainbow技术创建了转基因斑马鱼品系，采用细胞膜标记技术展示细胞边界，并使用紫外线位移、组蛋白标记的BFP2作为表达标记。同时，作者构建了多色细胞膜标记系统以监测发育中的斑马鱼幼鱼的整个浅表上皮细胞种群（图1）。

图1斑马鱼整个群体的多色码

为了观察表皮细胞的分裂过程，作者对正在生长的活体斑马鱼进行了延时成像（每帧15分钟一次），发现大多浅表上皮细胞在体表分裂，而基底上皮细胞和基底层上皮细胞分裂较少，且在斑马鱼幼鱼8dpf中的浅表上皮细胞，最多有分裂两次的能力，这些细胞偶尔会融合，在它们体表的整个生存过程中产生最多四个子代细胞。为了确定幼鱼浅表上皮细胞是否确实缺乏DNA复制，作者进行了EdU分析、DNA染色和羟基脲处理来监测Tg(krt4:NLS-EGFP)浅表上皮细胞群体，结果发现这些高度分化的表皮细胞在没有DNA复制的情况下仍继续分裂，导致高达50%的浅表上皮细胞表现出基因组减少的情况。在一个简单的数学模型、细胞体积和顶端表面积的定量分析的基础上，作者提出，“合成裂变”是在快速生长过程中扩大上皮覆盖的一种有效的机制。此外，对体表生长的整体或局部调控可能会通过张力介导的拉伸激活离子通道的激活来影响浅表上皮细胞分裂的程度和模式。最后，作者推测这种节俭而灵活的细胞增殖模式也可能发生在斑马鱼表皮扩张以外的环境中（图2）。

图2延时成像识别浅表上皮细胞群体中的大量细胞分裂结论总之，研究者通过多色细胞膜标记系统来检测斑马鱼幼鱼的浅表上皮细胞的分裂情况，结果发现，在斑马鱼一生中，浅表上皮细胞最多只能分裂两次产生四个子代细胞，且以无DNA复制的方式（称为非合成分裂）来分裂。参考文献：ChanKY,YanCS,RoanHY,etal.Skincellsundergoasyntheticfissiontoexpandbodysurfacesinzebrafish.Nature.;():-.

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