研究人員使用細胞成像和數學建模來了解癌癥進展

細胞分裂是生物體繁殖，生長和修復的基本過程。但是，當錯誤破壞了這個復雜的生物過程時，細胞異常會導致疾病，例如癌癥，使細胞得以生長并失控。

使用的實驗和數學模型相結合，一隊來自弗吉尼亞理工大學的研究人員的生物科學系的理學院和Fralin生命科學研究所已經開始揭開機制，謊言背后的四倍-染色體異常，往往是發現在惡性腫瘤中。

他們的發現發表在4月29日的eLife上，eLife是一份致力于生命科學研究的開放獲取期刊。

“我們的研究使用固定細胞分析，活細胞成像和數學模型來幫助我們更好地了解四倍體在腫瘤形成和進展中的作用。這項工作為未來的研究奠定了基礎，以真正了解四倍體與癌癥之間的聯系。知道了腫瘤中正在發生的事情之后，我們就可以更好地為他們開發更好的治療方法了。”研究的主要作者，最近獲得博士學位的Nicolaas Baudoin說。畢業于生物科學系和BIOTRANS計劃，這是生物學家和工程師的跨學科研究生計劃。

每個人類的“父”細胞都擁有每個染色體的兩個副本。在細胞分裂開始之前，每個染色體都會復制一次，這樣遺傳信息就可以在兩個“女兒”細胞之間平均分配。但是，如果親代細胞不能完成細胞分裂，則所有四個染色體都分配到一個子細胞中，從而使該細胞成為四倍體。

當四倍體細胞獲得兩倍的染色體時，它們也獲得兩倍的中心體。在它們的組織和結構作用中，中心體是形成微管和紡錘體纖維的關鍵，它們在細胞分裂過程中將染色體拉開。由于中心體過多，染色體向許多不同的方向拉動，因此細胞分裂會產生異常結果。

先前的研究表明，這些多余的中心體可能導致由四倍體誘導的腫瘤形成。但是隨后，弗吉尼亞理工大學的研究小組在癌癥進展模型中進行了兩項研究，結果表明這些細胞最初獲得了額外的中心體，但隨著時間的流逝最終失去了它們。

生物系教授Daniela Cimini說：“我們研究的主要目的是驗證四倍體細胞是否損失了額外的中心體，研究了這一過程的動力學過程，并揭示了導致四倍體細胞損失這種中心體的機制。”科學和BIOTRANS的聯合導演。

研究小組在體外模型中使用活細胞成像和固定細胞分析，證實四倍體細胞確實失去了在四倍體化過程中獲得的多余的中心體。

在以數學模型為指導的實驗中，他們得出的結論是，分裂四倍體細胞不對稱地聚集其多余的中心體時，就會發生中心體損失。結果，子細胞之一將繼承一個中心體，而不是兩個。這將使該細胞長期遭受較少的細胞分裂失敗并產生更多的細胞。

這一發現可以解釋某些癌癥如何在四倍體化過程中首先獲得額外的中心體，然后在隨后的階段失去它們。這表明四倍體與癌癥之間的因果關系有待進一步研究。

該數學模型還發現，在額外的中心體中**能夠維持長期存活的細胞是可以在細胞分裂過程中成功且一致地將這些中心體聚集在兩組中的細胞。這些預測已通過實驗進行了測試，并揭示了一種機制，該機制解釋了為何某些癌細胞盡管存在額外的中心體計數卻能存活。如果細胞未能有效地聚集其多余的中心體，下一代子細胞就會死亡。