科學家發現為什麼有些具有雙股DNA的細胞會拒絕死亡

在一個細胞分裂成兩個獨立的細胞之前，它必須先複製其所有 DNA，以便每個新細胞都能獲得完整的遺傳藍圖。在某些情況下，DNA 被成功複製，但細胞從未完全分裂。結果是單一細胞含有兩倍於正常數量的 DNA，這種情況稱為全基因組複製 (WGD)。

一種簡單的想像方式就像是製作一個文件的兩個副本，但不小心將兩個副本放在同一個資料夾中，而不是將它們分開。

科學家早就知道克隆整個基因組可能會產生嚴重後果。帶有額外 DNA 的細胞可能會停止正常功能、變得不活躍、死亡、轉變為其他細胞類型、累積與年齡相關的損傷或導致包括​​癌症在內的疾病。

細胞失效的兩種不同方式

北海道大學的研究人員想了解細胞分裂過程中失敗的具體方式是否會改變接下來發生的情況。

團隊專注於全基因組複製的兩個主要原因：胞質分裂失敗和有絲分裂滑移。

在胞質分裂失敗期間，細胞幾乎完成了整個分裂過程，但在最後一步失敗，實際上分裂成兩個獨立的細胞。在有絲分裂滑移中，細胞開始分裂過程，但在染色體正確分離之前退出得太早。

該研究的通訊作者 Ryota Uehara 副教授表示：“雖然全基因組複製是透過多個細胞過程發生的，但目前尚不清楚途徑的差異是否會影響最終細胞的特性。”

儘管這兩個錯誤都會使細胞產生重複的 DNA，但研究人員發現結果卻截然不同。

為什麼有些雙DNA細胞能夠存活？

利用活細胞成像和染色體特異性標記技術，科學家透過兩種不同的機制追蹤了細胞在經歷全基因組複製後的行為。

透過胞質分裂失敗產生的細胞更加穩定並且有更大的存活機會。然而，透過有絲分裂滑移產生的細胞常常表現出染色體分佈不均勻和存活率降低。

研究人員發現染色體組織是這些差異背後的主要因素。

在有絲分裂滑移中，染色體通常分裂不均勻，導致嚴重的遺傳不平衡，從而降低細胞的生存能力。如果胞質分裂失敗，染色體分佈仍然更加平衡，使細胞保持更加穩定。

研究團隊也發現，當他們透過實驗改善有絲分裂滑移的細胞中的染色體分離時，細胞的活力明顯增強。

對癌症研究的影響

這些發現可能對癌症的治療和預防具有重要意義。

全基因組複製常見於癌細胞中，一些癌症治療也會無意中觸發它。獲得更多 DNA 後存活下來的細胞可能會繼續增殖，並可能導致腫瘤復發。

這項新研究表明，針對染色體分離可以幫助防止異常細胞存活並繼續生長。

「全基因組複製可以透過不同的機制發生，但它們的獨特作用在很大程度上被忽視了，」奧哈拉說。 “我們通過比較透過不同機制形成的細胞來挑戰這種傳統觀點，發現這些差異可以長期影響細胞行為。”