新研究揭示了生殖细胞的不朽性和“垃圾DNA”的功能

当细胞分裂时，它们通常会产生两个相同的子细胞。然而这一规则也有一些重要的例外。当干细胞分裂时，它们通常会产生一个分化的细胞和另一个干细胞以维持干细胞库。Yukiko Yamashita在其职业生涯中一直在探索这些“不对称”的细胞分裂是如何发生的。

这些过程不仅对细胞发育成不同类型的组织至关重要，而且对卵子和精子等生殖细胞保持其一代又一代的活力也至关重要。

Yamashita指出：“生殖细胞如何设法不灭绝，而我们的体细胞却不能持续那么久，这是一个迷人的问题。”

据悉，Yamashita在密歇根大学开始了她的教师生涯，于2020年加入麻省理工学院和怀海德研究所。她表示，她被吸引到MIT的原因是她在其他科学家中发现的探索新思想的热忱。“当我访问MIT时，我真的很喜欢跟这里的人交谈。他们的好奇心很强，对非常规的想法非常开放。我意识到，如果我来到这里我会拥有很多乐趣。”

探索悖论

Yamashita甚至在知道什么是科学家之前就知道自己想要成为一名科学家。

“我的父亲是阿尔伯特·爱因斯坦的崇拜者，所以因为这个原因，我从小就认为追求真理是你一生中可以做的最好的事情。在2、3岁的时候，我不知道有教授这种东西，也不知道有科学家这种东西，但我认为做科学可能是我能做的最酷的事情，”Yamashita说道。

她在京都大学主修生物学，然后留下来攻读博士学位以研究细胞在分裂时如何精确复制自己。在斯坦福大学做博士后时，她开始对这一精心安排的过程的例外情况感兴趣并开始研究细胞如何进行分裂以产生不完全相同的子细胞。这种不对称的分裂对于多细胞生物来说是至关重要的，因为多细胞生物开始时是一个单一的细胞，最终会分化成许多类型的组织。

这些研究带来了一个发现，它帮助推翻了以前关于所谓垃圾DNA作用的理论。这些构成基因组大部分的序列被认为基本上是无用的，因为它们不为任何蛋白质编码。对Yamashita来说，细胞携带这么多没有任何作用的DNA似乎是自相矛盾的。

“我真的无法相信我们大量的DNA是垃圾，因为每次细胞分裂时它仍有复制这些垃圾的负担。因此，我的实验室开始研究这些垃圾的功能，然后我们意识到它是染色体的一个真正重要的部分，”Yamashita说道。

在人类细胞中，基因组被储存在23对染色体上。将所有这些染色体保持在一起对于细胞在需要时复制基因的能力至关重要。几年来，Yamashita和她在密歇根大学及后来在麻省理工学院的同事们发现，一些垃圾DNA就像条形码一样，给每个染色体贴上标签并帮助它们与蛋白质结合进而将染色体捆绑在细胞核内。

如果没有这些条形码，染色体就会散开并开始从细胞核中漏出。关于这些垃圾DNA片段的另一个有趣的观察是，它们在不同物种之间的变异性比DNA的蛋白质编码区域大得多。通过杂交两种不同种类的果蝇，Yamashita发现，在杂交后代苍蝇的细胞中，染色体漏出，就像它们失去了条形码一样，这表明这些代码是每个物种的特定代码。“我们认为这可能是不同物种变得不相容的重要原因之一，因为它们没有正确的信息将它们所有的染色体捆绑在一起。”

干细胞的寿命

Yamshita对干细胞的兴趣还促使她研究生殖细胞如何比普通体细胞跨代保持如此长的生存能力。在典型的动物细胞中，导致跟年龄有关的衰退的一个因素是编码细胞持续使用的基因的基因序列的损失，如核糖体RNA的基因。

一个典型人类细胞可能有数百个这些关键基因的副本，但随着细胞的老化它们会失去其中一些。对于生殖系细胞来说，这可能是有害的，因为如果数量太少，细胞就不能再形成有活力的子细胞。

Yamshita和她的同事发现，生殖系细胞通过在细胞分裂过程中从一个子细胞中撕下DNA部分并将其转移到另一个子细胞中来克服这一问题。这样一来，一个子细胞就恢复了这些基因的全部内容，而另一个细胞则被牺牲了。

Yamashita表示，这种浪费的策略可能太奢侈了，它不可能对身体的所有细胞都起作用，但对于生殖细胞这个小群体来说，这种折衷是值得的。