生命的起源笼罩在神秘之中。虽然有丝分裂的复杂动力学在所谓的体细胞(具有特殊功能的细胞，如皮肤和肌肉细胞)中得到了充分研究，但它们在我们身体的第一个细胞(胚胎细胞)中仍然难以捉摸。众所周知，脊椎动物的胚胎有丝分裂很难研究，因为实验胚胎的活体功能分析和成像在技术上受到限制，这使得在胚胎发生过程中很难追踪细胞。

然而，冲绳科学技术研究所(OIST)细胞分裂动力学部门的研究人员与北海道大学(之前在名古屋大学)的ToshiyaNishimura教授、名古屋大学的MinoruTanaka、Satoshi一起在《NatureCommunications》上发表了一篇论文来自东北大学(现就读于京都大学)的Ansai和来自国立遗传学研究所的MasatoT.Kanemaki。

由于结合了新颖的成像技术、CRISPR/Cas9基因组编辑技术、现代蛋白质敲除系统和青鳉或日本稻鱼(Oryziaslatipes)，该研究在回答有关胚胎有丝分裂的问题方面迈出了重要的第一步。

他们制作的延时摄影有助于回答有关胚胎有丝分裂期间染色体等分的复杂过程的基本问题，并同时描绘出科学探索的下一个前沿。正如该研究的资深作者TomomiKiyomitsu教授描述的那样，“它们本身很美丽，而且因为它们为阐明胚胎有丝分裂奠定了新的基础。”

胚胎有丝分裂之谜的核心是关键步骤，即包含细胞所有遗传信息的染色体排列并平等地分离到子细胞中。这个过程中的关键参与者是有丝分裂纺锤体，它由微管(用于细胞内结构和运输的长蛋白质纤维)组成，从纺锤体的相对两极辐射并附着在中间的染色体上。纺锤体正确地捕获重复的染色体，并在分裂过程中将它们均匀地分离到子细胞中。

决定纺锤体形成的因素有很多，其中之一是蛋白质Ran-GTP，它在雌性生殖细胞的细胞分裂中发挥着重要作用，雌性生殖细胞缺乏中心体(负责组装微管的细胞器)，但在小体细胞中却没有。确实有中心体。然而，长期以来，人们一直不清楚脊椎动物早期胚胎中纺锤体的组装是否需要Ran-GTP，这些早期胚胎含有中心体，但具有独特的特征，例如更大的细胞尺寸。

与哺乳动物的早期胚胎相比，鱼类的胚胎细胞是透明的，并且在均匀的单细胞层片中同步发育，这使得它们更容易追踪。事实证明，青鳉鱼特别适合研究人员，因为这些鱼能耐受较宽的温度范围，每天产卵，并且基因组相对较小。

耐温意味着青鳉胚胎细胞可以在室温下存活，这使得它们特别适合长时间的实时延时摄影。

青鳉频繁产卵且基因组大小相对较小，这一事实使它们成为CRISPR/Cas9介导的基因组编辑的良好候选者。通过这项技术，研究人员创造了转基因青鳉，其胚胎细胞确实突出了参与有丝分裂的某些蛋白质的动态。

在研究活体转基因青鳉胚胎中发育有丝分裂纺锤体的过程中，研究人员发现大型早期胚胎组装了与体细胞纺锤体不同的独特纺锤体。此外，Ran-GTP在早期胚胎分裂中的纺锤体形成中起着决定性作用，但其重要性在胚胎后期逐渐减弱。这可能是因为随着细胞在发育过程中变小，纺锤体结构被重塑，但确切原因还有待未来研究。

研究人员还发现，早期胚胎细胞没有专门的纺锤体组装检查点，这是大多数体细胞的特征，并且可以确保染色体在分离前正确排列。

正如清光教授所说，“检查点并不活跃，但染色体分离仍然非常准确。这可以用胚胎细胞需要非常快速分裂的事实来解释，但这是我们想要进一步研究的问题。”

虽然对青鳉鱼进行基因改造和研究早期胚胎已经对胚胎有丝分裂产生了新的重要见解，但这对于清光教授和团队来说仅仅是一个开始。

除了与Ran-GTP在后期的作用逐渐减弱和缺少纺锤体组装检查点相关的问题之外，他还指出了延时拍摄中细胞分裂的令人满意的对称性。“纺锤体形成的特点是高度对称，因为细胞似乎在尺寸和确定的方向上分裂，并且纺锤体始终位于细胞的中心。纺锤体如何在细胞中如此规则地定向，它怎么每次都能找到中心呢?”

清光教授解释延时摄影

除了延时之外，该团队还希望通过额外的青鳉基因系进一步巩固这一新基础，作为胚胎细胞研究的模型，同时优化基因组编辑过程。

最终，该团队希望通过研究其他生物体中的胚胎有丝分裂来测试他们的发现的普遍性，并在稍后阶段，他们希望探索纺锤体组装和胚胎分裂的进化，这也将有助于更好地了解人类胚胎发生并开发人类不孕症的诊断和治疗。

“通过这篇论文，我们奠定了坚实的基础，”清光教授说，“但我们也开辟了一个新的领域。胚胎有丝分裂是美丽的、神秘的，并且研​​究起来具有挑战性，我们希望通过我们的工作，我们最终能够更接近地了解生命之初的复杂过程。”