細胞生物學的一個目標是合成整個細胞，期望這將揭示細胞時空組織的原則。自然界細胞由脂質雙分子層質膜包被，並由細胞壁和細胞骨架穩定。通常，研究人員通過批量製備蛋白質混合物，然後使用油水乳液、巨單層囊泡或微造室將它們分割成細胞大小的容器來進行細胞合成。非洲爪蟾的卵子巨大，也非常容易獲得。科學家利用爪蟾卵細胞質提取物在體外組裝了胞質分裂（cytokinesis）的複合體【1】。
11月1日，Science發表了美國斯坦福大學Xianrui Chen和James Ferrell的成果：Spontaneous emergence of cell-likeorganization in Xenopus egg extracts。研究描述非洲爪蟾卵胞質提取物可自行組織成間隔固定的細胞狀單元/區室，並能進行細胞分裂。
這一發現來自於Cheng的觀察。在研究一種細胞程序性死亡的分子過程時，他注意到從卵中提取的細胞質提取物有些異常：大約30分鐘後，兩個核之間的距離幾乎相等。當他在顯微鏡上觀察細胞質提取物時，他發現它形成了不同的隔間，類似於一片細胞。在這些類細胞單元中，以加入的精子細胞核為中心，微管形成了星狀微管結構；線粒體、內質網沿著微管分佈。鄰近的類細胞單元之間可見微管聯繫。
實驗中加入的精子細胞核帶有中心粒，可組織誘導星狀微管網絡的形成。作者進一步探究了細胞核加入是否是必需的。在不加入精子細胞核的情況下，類細胞單元的形成過程變得緩慢，無可見星狀微管系，但最後仍然可形成大致相同的類細胞單元。隨著加入的細胞核濃度不同，形成的類細胞單元均一程度有所變化。
為了理解類細胞單元形成的機制，研究人員測試了隔間的形成是否受到細胞骨架蛋白、運動蛋白和激酶等化學抑制劑的影響。這些細胞骨骼蛋白、運動蛋白和激酶激活組織其他蛋白質，可調節區室的形成。結果表明，
ATP，細胞中的主要能量來源和微管提供結構支持，是形成隔間必需的。Dynein，一種運動蛋白。 Dynein抑制劑不影響細胞區室的形成，但內質網的聚集受到了極大的影響。製備細胞質提取物的爪蟾細胞通常處於細胞間期，期間將加入微絲聚合抑制劑cytochalasin B。這說明類細胞單元形成不需要微絲網絡的調控；加入另一種微絲抑制劑Latrunculin A也同樣不影響單元的形成。有趣的是，如果去掉這些微絲抑制劑，類細胞單元形成，並且隨著時間的推移，微絲將形成網絡分佈在類細胞區室的外圍，如下圖D所示。
最後，這些類似細胞的隔間不僅看起來像細胞;他們也像細胞一樣分裂。研究人員在製備卵子提取物時將加入一種化學物質，阻止細胞進入細胞週期。當這種化學物質被去除，精子核被添加，卵子提取物形成隔間；並繼續進行分裂分成更小的隔間。研究人員發現，這些隔間可以經歷超過25輪的分裂，表明這個過程是非常強大的。由於細胞質的總量保持不變，因此每個週期都被分成越來越小的隔間。
所有這些發現都表明，Xenopus卵細胞質具有產生細胞基本空間組織的內在能力，甚至具有一些功能。仍然有些問題等待回答，這種現象是否是卵子的正常生理功能；另一個問題是，這種自我組織能力是卵子特有的，還是由其他類型的細胞共享。
原文鏈接：
https://science.sciencemag.org/content/366/6465/631
參考文獻
1. P. A. Nguyen et al., Science 346, 244 (2014)
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