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通过逐帧动画可视化生命初期阶段的细胞分裂，冲绳科技大学 2024.05.20 冲绳科学技术大学院大学的清光智美副教授(细胞生物学)等人的小组成功地用“时间猛龙”观察了脊椎动物生命的初期阶段——胚细胞发生的细胞分裂，该“时间猛龙”是以一定间隔对鳉的受精卵进行拍照并制作成逐帧动画的。 确立了迄今为止很难的能够在活着的状态下追踪胚胎形成中的细胞的方法。 发现其结构与细胞分化比较严重后发生的体细胞分裂不同。 据悉，通过详细阐明胚细胞的发生过程，将来也将有助于开发人类不孕症的诊断、治疗方法。 分裂的胚细胞(左起为刚受精的1细胞期和2细胞期、4细胞期、8细胞期)。 白点上看到的部分是染色体，从染色体扩展成铁阵列状的纺锤体发出强烈的绿光(冲绳科学技术大学院大学提供) 细胞分裂在皮肤细胞和肌肉细胞等具有特殊功能的体细胞中的研究正在进行。 蛋白质纤维聚集而成的纺锤丝分别从作为细胞分裂装置的纺锤体的中心作用的2个细胞器“中心体”伸出，在细胞中间粘在染色体上，将染色体均匀地分配到分裂时产生的女儿细胞中。 描绘其情况的插图刊登在高中的教科书等上。 不过，雌性生殖细胞中没有中心体，迄今为止已知名为“Ran-GTP”的分子与分裂有关。 另一方面，精子中含有中心体，受精的胚细胞在中心体和Ran-GTP存在的情况下进行细胞分裂。 清光副教授等人认为，两分子在一定情况下，胚细胞在短时间内加倍分裂为1、2、4、8、16的机制，可能与体细胞不同。 作为观察胚胎细胞分裂的例子，有青蛙胚胎发生的情况，但其难点在于细胞有颜色，看不到内部，在每个分裂阶段都会加入药品进行固定，因此会观察到死亡的细胞。 因此，清光副教授们探索了在活着的状态下观察细胞的方法。 首先，作为材料，从具有透明胚细胞的鱼类中，发现了蓝鳍鳉。 由于红鳍鳉每天产卵，因此容易获得观察资料。 另外，具有适合放入使染色体和分裂相关的蛋白质纤维发光的荧光蛋白质进行基因组编辑的比较小的基因组尺寸。 能生存的温度范围也很广，可以观察室温下长时间存活的细胞。 从这一点出发，决定使用基因组编辑技术制作转基因鳉，并观察其胚细胞分裂的机制。 作为观察方法是新的成像技术，企划了在植物的生长动画等中使用的、将隔一定时间拍摄的照片收集起来作为逐帧动画的缩时拍摄。 拍摄了每3分钟一个胚细胞分裂成数千个细胞约10小时的照片。 用于拍摄胚胎细胞的细胞分裂照片的逐帧动画“Timelaps”的小斑鳉。 每天下蛋，拥有比较小的基因组(冲绳科学技术研究生院大学提供) 确认缩时观察拍摄的视频后，除了与在体细胞分裂中看到的一样，蛋白质纤维从中心体像线一样延伸外，纤维也从染色体排列在细胞中心的附近延伸出来。 发现该现象与染色体周围生成的Ran-GTP有关。 也判明了在体细胞分裂中被确认的、没有检查染色体在分离前是否正确对齐的系统。 尽管如此，清光副教授说:“即使在东亚飞鱼的胚胎细胞早期分裂的情况下，染色体的分离也非常正确。”“这有助于推进理解染色体在胚胎中均等分离的复杂过程的研究。” 据悉，今后将验证红鳍鳉胚胎细胞的分裂机制是否能在包括人在内的脊椎动物中一般化等，最终促进对人类胚胎发育的理解。 该研究与名古屋大学和国立遗传学研究所等共同进行，于2月刊登在英国在线科学杂志《自然通讯》上。 相关链接冲绳科学技术大学院大学新闻发布会“通过缩时观察摄影解开胚胎细胞分裂之谜” 【视频】利用缩时观察拍摄解开胚胎细胞分裂之谜 【视频】鳉早期胚胎中染色体分离的时标 【视频】关于鳉早期胚胎中染色体分离的特写 信息 生物学家 |
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