顛覆認知 中研院新發現細胞「無合成分裂」

過去180年來，大家只知道「有絲分裂」與「減數分裂」兩種細胞分裂方式，中研院細胞與個體生物學研究所助研究員陳振輝團隊，在研究斑馬魚發育時，意外發現其表皮細胞有另一種獨特的細胞分裂方式，分裂過程不需複製遺傳物質DNA，因此命名為「無合成分裂」。研究成果於4月登上知名國際期刊《自然》（Nature），並獲專文推薦。

陳振輝指出，細胞分裂是所有生命的基礎，科學家認為細胞分裂方式有兩種：第一是「有絲分裂」，發生在體細胞如皮膚細胞、肌肉細胞、幹細胞等；第二是「減數分裂」，發生在生殖細胞如精子和卵子細胞。這兩種細胞分裂方式都必須進行DNA複製。

陳振輝研究團隊利用多顏色活細胞標誌技術，追蹤斑馬魚體表所有皮膚細胞的動態行為。團隊原本只想觀察表皮細胞如何移動或脫落，意外發現體細胞進行僅增生、無DNA複製的「無合成分裂」，他們在斑馬魚發育第8天開始觀察到，最表層、原被認為不會分裂增生的皮膚細胞，其單一細胞竟可分裂2次，共產生4個子細胞，到第14天是一個高峰，第21天之後慢慢下降，且這些子細胞皆不具有完整的母細胞DNA。

研究人員將長度約0.5公分的斑馬魚幼魚，從發育第8天開始每12小時麻醉一次，於高倍顯微鏡下拍攝身體特定部位，拍完後再把魚喚醒，以持續進行活體實驗，約9至10天。

無合成分裂有效增加體表面積

研究團隊與中研院化學研究所研究員許昭萍、顏清哲博士進行細胞體積變化的定量分析，發現斑馬魚單一表皮細胞，每次分裂DNA、細胞表面積呈等比下降，細胞不只沒再複製DNA，還變小又變扁。至於為什麼斑馬魚的皮膚細胞需要這樣分裂？

陳振輝解釋，由於斑馬魚幼魚在特定的發育階段長得很快，體表面積需要快速增加，為了維持穩定的皮膚雙層結構，下層的表皮幹細胞以正常的有絲分裂來增生，上層已分化的表皮細胞轉而進行無合成分裂。無合成分裂是很有效率增加斑馬魚體表面積的方式，單一表皮細胞分裂一次可以增加26%，分裂兩次就增加近60%。

陳振輝說，「這是一個很特別的細胞機制，可以在體表延展很快的時候還保持最少兩層的覆蓋，研究團隊發現到發育後期階段，當皮膚變成2到3層，這樣的機制就關掉了。」此外，除了斑馬魚表皮細胞，在斑馬魚尾鰭再生過程也看到無合成分裂方式。

關於會不會在其他再生生物或其他再生機制上，看到無合成分裂現象？陳振輝說，無合成分裂挑戰目前對基礎生物現象的了解，預測此一新型的細胞分裂方式，或許不只限於斑馬魚體表的表皮細胞，未來希望朝其他細胞或物種，如人類細胞進行研究。◇