顛覆 180 年教科書觀念！中研院首揭細胞「無合成分裂」

中研院新發現顛覆過去教科書知識！中央研究院助研究員陳振輝團隊在研究斑馬魚發育時，意外發現另一種獨特的細胞分裂方式「無合成分裂」，顛覆過去 180 年來只有兩種細胞分裂的方式，於今年 4 月登上知名國際期刊《自然》（Nature），獲專文推薦。

德國植物學家馮莫爾（Hugo von Mohl）在 1835 年首次觀察到細胞分裂後，過去 180 年來，大家只知道兩種細胞分裂方式──有絲分裂、減數分裂，透過製造新細胞，讓生物體發育、生長與繁殖。

陳振輝團隊在研究斑馬魚發育時，發現另一種細胞分裂方式，不需要進行遺傳物質（DNA）複製，因此命名為「無合成分裂」。

中央研究院細胞與個體生物學研究所所長李奇鴻認為，此研究顛覆過去百年來的細胞分裂發現，有助於後續對其他生物體進行深入探究，進一步了解其詳細的細胞生理調控機制。

首度發現體細胞進行「無合成分裂」：僅增生、無 DNA 複製

陳振輝以斑馬魚為研究對象，長期深入探索生物再生過程的細胞和分子機制，研發多顏色活細胞標誌工具（Palmskin），用上百種不同顏色來標誌不同的表皮細胞，並能即時、高解析度追蹤斑馬魚體表所有皮膚細胞的動態行為。

團隊意外發現，當斑馬魚在個體發育的特定階段，最表層的皮膚細胞──原被認為是不會分裂增生的體細胞，其單一母細胞竟然可以分裂 2 次，共產生 4 個子細胞，且這些子細胞皆不具有完整的母細胞 DNA。

然而，陳振輝一開始也百思不得其解，為什麼斑馬魚的皮膚細胞需要這樣分裂？而且分裂後的子細胞形狀變小也變扁？多年來與斑馬魚為伍的他，認為答案可能與個體發育成長所遇到的特殊挑戰有關。

細胞由 1 增 4：有效增加斑馬魚體表覆蓋面積

研究團隊利用一個數學幾何模型作為基礎，與中研院化學研究所研究員許昭萍、顏清哲博士跨領域合作，進行細胞體積變化的定量分析，他們發現斑馬魚單一表皮細胞經過兩次「無合成分裂」之後，整體的表面積可增加 6 成。

陳振輝表示，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。為了維持一個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，但是上層已分化的表皮細胞恐已失去此選項，轉而進行「無合成分裂」。

這種分裂方式能讓表皮細胞在資源有限的情況下，能有彈性的快速延展，使生物個體有效率地增加體表局部面積，以維持表皮細胞穩定的覆蓋率。此為斑馬魚幼魚在特定發育階段所利用的應急策略。

研究團隊表示，目前對「無合成分裂」的了解尚在初步階段。由於斑馬魚是脊椎動物，也是科學家研究個體發育、再生反應及人類疾病常用的模式生物，他們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，仍有待更多研究探索。

投稿過程艱辛，屢屢重複多次實驗

陳振輝回憶，此篇論文的投稿時間已經是前（109）年底的事，由於顛覆大家過去對於細胞分裂的認識，初期就收到很多審查意見，「但不只審稿人有意見，我們自己也想知道是否還有其它可能的解釋。」

一開始，陳振輝團隊原本只想觀察表皮細胞如何移動或脫落，沒想到卻看到此獨特現象，還以為會不會是研究工具出了錯，「怎麼跟教科書教的完全不同！」重複做了多次對照實驗。

即使投稿歷程艱辛，團隊成員們興致勃勃，畢竟不是常有這樣的機會可以跟大家分享，「嘿，我想告訴你還有另一種細胞分裂方式的可能。」陳振輝笑說，原來在太陽底下真的能發現新鮮事！

（首圖來源：中研院）