子科生物报道：麻省理工学院(MIT)的研究人员发现，在细胞开始分裂之前，它们会进行一些清理，将似乎不再需要的分子排出体外。

利用他们开发的一种测量细胞干质量的新方法，研究人员发现，当细胞进入细胞分裂时，它们会损失大约4%的质量。研究人员认为，清除垃圾有助于细胞给后代一个“全新的开始”，没有母细胞积累的垃圾。

“我们的假设是，细胞可能会扔掉正在生成的物质，有毒成分或只是你不想要的功能不正常的物质。这项新研究的主要作者、麻省理工学院的研究科学家Teemu Miettinen说:“它可以让新生细胞出生时具有更多的功能性内容。”

Miettinen是生物工程和机械工程系的工程教授，也是科赫综合癌症研究所的成员，他是这篇论文的资深作者，今天发表在eLife上。麻省理工学院生物工程专业的本科生Kevin Ly和Alice Lam也是这篇论文的作者。

测量质量

测量一个细胞的干质量——不包括水的细胞内容物的重量——通常使用一种称为定量相显微镜的显微技术。这项技术可以测量细胞生长，但它不能揭示干物质的分子含量信息，而且很难用于悬浮生长的细胞。

Manalis的实验室之前开发了一种测量细胞浮力质量的技术，浮力质量是指它们漂浮在液体(如水)中的质量。这种方法通过让细胞通过嵌入在振动悬臂中的通道来测量浮力质量，这种方法可以反复进行，以跟踪特定细胞质量在数小时或数天内的变化。

在他们的新研究中，研究人员希望采用这种技术，以便能够用于计算细胞的干质量以及干质量的密度。大约10年前，他们发现，如果先在普通水中测量细胞，然后在重水(含有氘而不是普通氢)中测量，就可以计算出细胞的干质量。这两个测量值可以用来计算细胞的干质量。

然而，重水对细胞是有毒的，所以他们只能对每个细胞进行一次测量。去年，米耶蒂宁开始尝试设计一种系统，在这种系统中，细胞可以在最少暴露于重水的情况下重复测量。

在他提出的系统中，细胞在流经微流体通道时，会短暂地暴露在重水中。一个细胞完全交换水分只需要一秒钟，所以研究人员可以测量细胞在充满重水时的质量，将其与正常水中的质量进行比较，然后计算干质量。

“我们的想法是，如果我们尽量减少细胞暴露在重水中，我们可以设计系统，这样我们就可以在不伤害细胞的情况下长时间重复这种测量，”Miettinen说。“这使我们第一次不仅能够跟踪细胞的干质量，这是其他人使用显微镜方法做的，而且还可以跟踪干质量的密度，这可以告诉我们细胞的生物分子组成。”

研究人员表示，他们的干质量测量在质量上与之前使用定量相显微镜进行的工作一致。而且，除了提供干物质的密度，MIT团队的方法还能提供更高的时间分辨率，这被证明对揭示有丝分裂(细胞分裂)过程中的动态是有用的。

倒垃圾

在进行有丝分裂的细胞中，研究人员使用他们的新技术来研究在这个过程中细胞的质量和组成发生了什么。在2019年的一篇论文中，他们发现，随着有丝分裂开始，浮力质量略有增加。然而，其他使用定量相显微镜的研究表明，细胞可能在细胞分裂早期保留或失去干物质。

在这项新研究中，麻省理工学院的研究小组测量了三种类型的癌细胞，它们比健康细胞更容易研究，因为它们分裂得更频繁。令他们惊讶的是，研究人员发现，当细胞进入分裂周期时，细胞的干质量实际上减少了。这个肿块后来在分裂完成之前又被收回。

进一步的实验表明，当细胞进入有丝分裂时，它们会增加溶酶体胞吐作用的活性。溶酶体是分解或回收细胞废物的细胞器，胞吐作用是它们用来丢弃任何不再需要的分子的过程。

研究人员还发现，当细胞失去干质量时，干质量的密度会增加，这让他们相信细胞正在失去低密度分子，如脂质或脂蛋白。他们假设细胞在分裂前利用这个过程清除有毒分子。“我们所看到的是，细胞可能试图在分裂前扔掉受损的成分，”Miettinen说。

研究人员推测，他们的发现可能有助于解释为什么不分裂的神经元更有可能积累有毒蛋白质，如Tau或淀粉样蛋白，这些与阿尔茨海默病的发展有关。

这一发现也可能与癌症有关:癌细胞可以利用胞吐作用排出一些化疗药物，帮助它们对药物产生耐药性。理论上，在细胞分裂前阻止胞吐作用的发生有助于使癌细胞更容易受到这类药物的影响。

“有些疾病，比如神经退行性疾病，我们可能需要上调胞吐作用，但有些疾病，比如癌症，我们可能需要降低它的水平，”Miettinen说。“在未来，如果我们能更好地理解这背后的分子机制，并找到一种方法，在有丝分裂之外触发它或在有丝分裂期间防止它，我们真的可以在治疗疾病时使用一个新的开关。”