《融合细胞核的多形性的假设》

凰龍泰

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2 T; i7 R8 h% p$ X9 H( L, K9 x一 、MPF是融合细胞形成合核体的主要动力! Z) {/ ?6 k" [4 {: D+ o
关于细胞融合后，细胞核的遗传物质的增加或变质的线索是来自科学家采用不同细胞周期阶段的细胞融合研究。《现代组织学》和《医学细胞与分子生物学》这两本书中有关于细胞周期的调控一章中都提到的，科学家（例如：1970年，Jkhnson和Rao等）将M期细胞与间期细胞融合，这样间期细胞就暴露在M期细胞质中，结果发现间期细胞的核膜消失，发生了形态各异的染色体凝集，称为超前凝集（premat ure shromosomecon den）,并且不管间期细胞是否已经完成复制，都直接进入有丝分裂期。间期细胞的染色体超前凝集形成的染色体称为早熟染色体（premat ure condensation chromo-some）。G1期早熟染色体呈单线状,S期早熟染色体呈粉碎状,G2期早熟染色体则呈双细丝状.。另外，科学家把一个G1期细胞与一个S期细胞融合，G1期细胞就发生了DNA复制，推测是由于S期细胞的周期蛋白依赖性激酶（s-cdk）触发的，然而以一个G2期细胞与一个S期细胞融合不会使G2期细胞发生DNA合成，表明只有G1期适合于DNA复制。
& ], r2 I$ J; F+ c) d. `- x$ q现已证明M期细胞质内存在一种诱导染色体凝集的促使细胞有丝分裂因子,称为(M-phast-promo.ting factor,MPF),MPF能够诱导染色体凝集，核膜破裂，细胞骨架的肌动蛋白重排，纺缍体组装并确保染色体与纺锤体连接，染色体排列到中期细胞赤道面上等有丝分裂事件。
3 ~  W2 f, Q. B, d! [根据1970年，Jkhnson和Rao将M期细胞与间期细胞融合，不管间期细胞是否已经完成复制，都直接进入有丝分裂期的实验提示∶M期细胞来源的物质是促进融合细胞核融合的主要因素，而MPF是促使细胞有丝分裂的因子，因此，MPF是形成合核体的主要因素之一，MPF是M期细胞与间期细胞发生细胞融合后促进核融合形成合核体的动力。
' I; W$ H. \% R二、早熟染色体会有多种形式存在于杂交细胞中( l7 }* Q8 G2 x, J6 g/ w4 D
现代的细胞分裂研究分析发现如果用激光破坏一个赤道板上的姐妹染色单体的动粒，染色体就立即被拉向和那个完整动粒相连的纺锤体极。为什么呢？
+ X1 g% O8 c; ^( J8 q- ?8 k现代的融合细胞研究分析发现，在融合细胞的混合细胞质里，经常发生染色体丢失和其它的畸形现象为什么呢？  n9 w! I( ]/ g* D7 F3 o' s# i
真核细胞在有丝分裂过程中，细胞通过形成纺锤丝和染色体，将遗传物质平均分配到两个子代细胞中。染色质在间期是松散的，进入分裂期后，开始螺旋折叠，使染色体纤维逐渐浓缩成又粗又短的形态结构的具有一定数目的染色体。经过间期的DNA复制和组蛋白合成，每条染色体含有两条相同的姐妹染色单体，每条染色单体具有一个着丝粒，两条染色单体在着丝粒处相连，着丝粒两侧各有一个由蛋白质构成的特殊结构称为动粒。着丝粒和动粒在细胞分裂过程中都与染色体移动有关，由于着丝粒和动粒在空间位置、结构和功能上密切相关，因而合称为着丝粒一动粒复合体。纺锤体是细胞分裂过程出现的一种与染色体分离相关的临时性细胞器，纺锤体有三种类型的微管，其中，动粒微管的末端与动粒相连，从而使染色体与纺锤体相连。在真核细胞的有丝分裂过程中，要将遗传物质平均分配到两个子细胞。主要是通过着丝粒与纺锤体的动粒微管的末端正确连接后向两极移动来实现的。也就是说，只要染色体上没有动粒或者是着丝粒，或是动粒和纺锤体的各种微管的结构发生变化时，均可导致姐妹染色单体的分离和向两极移动造成障碍。因此，就会有用激光破坏一个赤道板上的姐妹染色单体的动粒，染色体就立即被拉向和那个完整动粒相连的纺锤体极的现象出现。0 @5 e4 }2 s. z0 A3 r$ o
因此，根据早熟染色体的着丝粒一动粒复合体的健全与否，我们可推断细胞核融合后早熟染色体在融合细胞中的存在形式如下∶①、在细胞核融合时，如果早熟染色体上有健全的着丝粒一动粒复合体，就能与动粒微管相连接，进入新形成的杂交细胞核中，成为重组基因组的新成员；②、如果早熟染色质上或DNA碎片上没有着丝粒或动粒，或是动粒、着丝粒和纺锤体的各种微管的结构发生变化时，就不能与动粒微管相连接，均可导致早熟染色质，或DNA碎片的分离和向两极的移动造成障碍。就可能会导致这些早熟染色质，或DNA碎片随机的丢失在其中一个子细胞质之中；③、或在子细胞的核膜重新装配时，作为附加体存在于其中一个子细胞核中。; o% H: }' L8 w2 a" h
作为附加体存进入子细胞核中的染色质会是以怎样的形式存在的呢?
6 d( P; v% }% b" L* q病毒在感染细胞时，病毒的遗传物质核酸可以结合到宿主细胞染色体的DNA中，称为整合。  c4 a, k4 O% W' d
目前，核酸分子杂交技术的基本原理是具有互补序列的两条单链核酸分子，在一定条件下（例如适宜的温度及离子强度等），碱基互补配对结合，重新形成双链；而不具备互补序列的核酸不整合。
* M7 v! ~  {+ Y9 n: ^; o+ O0 ^现代细胞工程的基因转移技术中，运用腺病毒载体进入受体细胞的基因，就是作为附加体存在于核内，不整合；而运用逆转录病毒载体的DNA就会整合到宿主细胞的基因组中。
( E8 n5 Z6 F; F) z所以根据上述的自然现象和基因技术提示，作为附加体存进入子细胞核中的早熟染色质或DNA碎片会以两种形式存在∶①、整合到宿主细胞染色体的DNA中；②、不整合。
& b8 ~4 U" o/ r( H融合细胞质能够容纳的外来的染色质吗?3 i& [. p/ o3 i! o3 |. M- Z* V
在自然界，天花病毒在感染宿主细胞时，DNA复制是在细胞质内完成的；在自然界，原核生物没有细胞核，DNA存在于细胞质中；真核细胞的细胞器基因组如线粒体也存在于细胞质中等等。这些自然现象表明∶在细胞融合后丢失在细胞质中的DNA是有可能存活于细胞质中的。所以，现代的融合细胞研究分析发现，在融合细胞的混合细胞质里，经常发生染色体丢失和其它的畸形现象。
! t: `' y% [  E2 ~. B" M3 E3 T8 Q三、   合核体的DNA的量和染色体的形态的假设
: b1 H' ?2 Y5 G! Q; t: V  r% |1951年，Howard等首次提出细胞周期分为4个时间，即合成前期（pre-syn-thetic pnase,gap phase,G1），合成期（syntheticphase,S），合成后期（post-syntheticpnase，gap2phase,G2）和有丝分裂期（M期）。8 P+ }% A. e5 W
细胞增殖的主要物质基础是细胞质和遗传物质的成倍增加。前者的合成贯穿于整个细胞周期，后者的复制仅局限在S期，而细胞质内基因组（如线粒体）的DNA可能是在G2期合成，并使线粒体分裂增殖。$ O; F8 b0 R; F$ i$ f
用现代染色体成熟前浓缩技术，可以使染色体在G1期、S期或G2期提前浓缩并在光镜下显形，可以清楚地看到G1期染色体是一条单体，S期染色体有的段落是双条，有的段落是单条。
7 O% Q2 }" m9 l: ]从科学家的M期细胞与间期细胞融合的实验里我们可以发现，在细胞融合的前、后，M期细胞核的染色体没有发生什么变化，只有间期细胞核发生了核膜消失，染色体提前凝集等变化。因此，我们可以根据细胞的DNA增殖复制只限于S期，线粒体DNA的复制在G₂期，和上述实验中早熟染色体的形状变化，来推算出不同细胞周期阶段的细胞融合所产生的融合细胞的新的遗传组合的DNA的量和染色体形状的变化。现以二倍体哺乳动物体细胞为例推算融合细胞中新的遗传组合的DNA的量和染色体形态变化的情形。
6 L8 c5 _& p7 e% Y ①、整3倍体核型的融合细胞的形成机制的假说
" ?& r* I/ i4 i9 r如果哺乳动物的一个M期体细胞与一个G₁期体细胞发生融合，由于G₁期细胞的DNA还未复制，因此，如果这个融合细胞能够进行核融合，则合核体内就含有M期细胞来源的4倍体成熟染色体组，和G₁期细胞来源的呈单线状的2倍体早熟染色体组。所形成的早熟染色体只有1个着丝粒。若融合细胞要通过细胞分裂，纺锤体为了维持正常的处于一种动力的平衡状态不使遗传物质的分配发生混乱，只有把早熟染色体一端的动粒微管发生连接，把早熟染色体分给两个子细胞，这个过程与减数分裂的过程相似。因此产生的两个杂交子细胞核的基因组都是整三倍体的核型。其中有二倍体是M期细胞来源的成熟染色体组，一倍体是G₁期细胞来源呈单线状的早熟染色体。如果存在着丝粒和动粒缺陷的早熟染色体，无法与纺锤体的动粒微管连接时，就可能会随机的丢失在杂交细胞质中，或者是整合到M期细胞来源的基因组中,或者成为其中一个杂交子细胞核基因组中的附加体。
! i- x# Z- {" t- n同时子细胞质里含有一组M期细胞来源的完整的线粒体DNA，和半组G₁期细胞来源的不完整的线粒体DNA。
% t+ \' {9 N: @: j- H   ② 、非整倍体核型的融合细胞形成机制的假说
4 N* e& [, J0 @3 |( N# F" {0 Q8 F) f如果一个M期细胞与一个S期的细胞发生融合。如果这个融合细胞能够进行核融合，则合核体里就含有M期细胞来源的4倍体成熟染色体组，和S期细胞来源的、结构极为复杂的、而且是零碎的早熟染色体，这些粉碎状的染色体有些是呈双条状的，有些是呈单条状的。另外融合细胞质中含有M期细胞质来源的已经倍增的线粒体DNA，和S期细胞质里还未倍增的线粒体DNA。
" L9 t4 j% U& b! x6 G# L由于每条染色体只有一个着丝粒一动粒复合体，因此，在融合细胞里的S期细胞来源的粉碎状的早熟染色体中，只有含有着丝粒和动粒的DNA片段才能够与动粒微管的末端相连接，其余的大部分的DNA碎片因为没有着丝粒和动粒而无法与纺锤体的动粒微管相连接，因此这些遗传物质就不能平均分配到两个子细胞之中了，从而产生两个具有不同基因组的非整倍体的子细胞。其中有二倍体是M期细胞来源的成熟染色体组，另一些是S期细胞来源的呈粉碎状的早熟染色体。另外，如果这些遗传物质中具有与M期细胞来源的基因互补序列的DNA就有可能整合到M期细胞来源的基因组之中，而不整合的早熟染色体碎片就可能丢失在杂交细胞质中,或是成为杂交子细胞核的附加体成员。
2 p* |; a* y9 o8 I另外杂交子细胞质里的线粒体DNA与M期细胞与G₁期细胞融合产生的子细胞相同。# l' P5 h, F* f7 ~! {9 `
其它的含有S期细胞的融合细胞组合的核型及染色体畸变可照此类推。
9 d9 \% U5 K" M' i2 m  d( F# r  目前，研究人员已经知道肿瘤细胞也常常是“非整数倍体”，并且能够生活的很好，由此，非整数倍体是肿瘤细胞状态的起因，还是造成的结果是目前科学争论的一个焦点。根据上述融合细胞的DNA的量的推算，本人认为，用M期细胞与S期细胞发生非生理性融合后可能产生非整数倍体的子细胞群的理由来解释非整数倍体肿瘤细胞的成因比较合理。
' J4 e% o9 P+ X% l   ③、整4倍体核型的融合细胞形成机制的假说- |$ U* c% ~6 V: u% Z5 J! w) T$ x
如果1个M期细胞与一个G₂期细胞发生融合，由于G₂期细胞的DNA已经复制。在核融合后，则合核体里含有M期细胞来源的四倍体成熟染色体组，和G₂期细胞来源的四倍体呈双细丝状的早熟染色体组；细胞质里含有M期细胞来源的已经倍增的线粒体DNA，和G₂期细胞来源的正在倍增的线粒体DNA。如果这个融合细胞能够进行核分裂，如果G2期早熟染色体的着丝粒和动粒组装健全的话，则这个融合细胞能够把遗传物质平分给两个子细胞，则子细胞核为整4倍体增加的核型，其中有二倍体是来源于M期细胞的成熟染色体，有二倍体是来源于G₂期细胞的呈细丝状的早熟染色体；但如果一些G2期早熟染色体的着丝粒和动粒存在缺陷时，就可能会随机的丢失在杂交细胞质中，或是整合到M期细胞来源的基因组中，或是成为其中一个杂交细胞核基因组中的附加体。
. ^8 A" l% r+ m. X9 H另外，由于线粒体DNA是在G₂期复制的，所以子细胞质里含有M期细胞来源的一组完整的线粒体DNA和G₂期细胞来源的一些线粒体DNA。
0 U' g" y1 s7 z& F- i   ④、如果一个G₁期细胞与一个S期细胞发生融合，由于S期细胞的DNA正在复制的进程中，根据科学家把一个G1期细胞与一个S期细胞融合，G1期细胞就发生了DNA复制的实验提示：细胞融合后G₁期细胞的DNA复制提前加入到S期细胞的DNA复制进程之中，因此，该类型的融合细胞能否通过细胞分裂还是未知数，还有待科学家们对这一类型的融合细胞进行更详细的观察。
8 E% Z) V6 V2 C2 I. Q- j⑤、如果一个G₂期细胞与一个S期细胞发生融合，已知的是G₂期细胞的DNA是不会再复制的，但细胞融合后，S期细胞的DNA复制是停止还是继续呢？这也有待科学家们对这一类型的融合细胞进行更详细的观察。& l; Z; L8 n- q3 O! C1 T
⑥、由于原核细胞与真核细胞的增殖过程很相似，也有细胞分裂期与细胞间期。因此，此方法适用于自然界中所有的细胞融合组合形成的融合细胞中新的遗传组合的DNA的量和染色体形态变化的情形的推算。例如，原核细胞与原核细胞间、真核单细胞生物与原核细胞间、多细胞生物体细胞间或体细胞与不同种属细胞之间发生的细胞融合现象。! d  L) P4 e% ]4 _# G  B
四、早熟染色体的高级包装缺乏其完整性假设。; S% g& ?" X% F$ t, S
DNA分子是一个纤长无分支的线性多聚体。在活细胞的核内，每个DNA分子都经历了反复的折叠盘旋而包装成高度紧缩的形式。线性的DNA分子的第一层次包装是核小体﹙nucleosome﹚结构。双链DNA在组蛋白八聚体形成的一个蛋白质核心的外周以左手螺旋绕1.56圈，形成一个“珠粒”样的结构，相邻珠粒之间有一段连接段DNA﹙linker DNA﹚，一颗珠粒加上其连接段DNA构成一个核小体。通过核小体这一形式，DNA分子从5cm缩短为2cm。第二步，核小体进一步包装成更为紧缩的结构—直径约30nm的纤维，使DNA分子从2cm缩短为近0.1cm。第三步，30nm直径的纤维进一步折叠成可以松解或紧缩的襻环结构锚定在染色体中央的非组蛋白支架上。第四步，当细胞从间期进入分裂期时，染色体进一步盘曲紧缩成球形结构的最后一个层次的包装，长度又缩短了10倍。
" ?& D3 y  ]! L" S在间期,染色体以常染色质形式存在，现在我们知道，常染色质由30nm纤维和襻环两个层次组成，而异染色质含有许多外加的蛋白质，其结构更为紧缩。
' v6 T/ T; Z- |" k* W: o# i组蛋白甲基化的功能主要体现在异染色质形成、基因印记、X染色体失活和转录调控方面。
1 U+ \8 c7 p, m# k, {由于DNA在复制时，其双链首先解开，形成复制叉。在转录为RNA时，必须展开DNA中的模板链，因此提示DNA在复制或是转录之前，均需通过一些去甲基化酶把这些组蛋白上的甲基化脱去，解除了异染色质的紧缩状态，才能够使被修饰段的DNA呈常染色质的松解状态，然后再通过一些酶的相互配合下，把结成襻环的互相缠绕的30nm纤维解开成核小体，最后还有一道程序是把缠绕在组蛋白上的DNA松解呈线性的DNA分子。这就是染色体包装的逆过程。此时的DNA双链才能解开，才能形成复制叉或是展开模板链，复制或转录才能够顺利进行。因此，间期细胞的基因组，除了不需要复制和转录的异染色质外，其余的去除了各种高级包装（包括组蛋白甲基化修饰、各个多层次的盘曲折叠和各种高级包装）的染色体，有的呈常染色质状态、有的呈松解状态、有的是呈单链状态的、有的是正在转录的或是正在复制的DNA段落……等，因此，在细胞融合之时，在M期细胞来源的MPF的作用下，间期细胞来源的呈各种形态的DNA分子，均未来得及进行复原性的包装，便仓猝地加入了提前凝集的行列里，成为高级包装缺陷的早熟染色体，其中就包括了组蛋白上的甲基化水平降低的现象，即是说早熟染色体的部分DNA处于异常的开放状态。  F3 T$ L% _6 I1 C0 S8 B# G9 |
另外，由于各种染色质的高级包装的缺陷的原因，才导致早熟染色体呈单线状、粉碎状、或双细丝状的。  G; d' d5 o  {# G0 m2 s
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五、早熟染色体内有DNA甲基化水平降低现象的假设。, d. h4 V: D+ x% M  n! K3 @
在DNA的一级结构中有些碱基可以通过加上一个甲基而被修饰称为DNA甲基化（methlationDAN）。DNA甲基化是保持双螺旋结构的稳定的修饰。大量研究表明，DNA甲基化能引起染色质结构、DNA构象、DNA稳定性及DNA与蛋白质相互作用方式的改变，从而控制基因表达。在脊椎动物基因组中，CG二核苷酸序列中有50%~90%的C被甲基化。
5 a" T  W' `+ M5 d在真核细胞S期，DNA复制的多个复制起始点中成簇活化组成的复制单位（replicationunit）中，其中就包括了DNA的去甲基化。5 O; y4 ]- D8 C, x1 {5 i8 b4 Y% {
由于间期细胞中原先处于甲基化状态的DNA片段,会因为DNA的复制或转录的需要而脱去了甲基化修饰。所以，当M期细胞与间期细胞发生非生理性的融合细胞时，M期细胞质的MPF的突然降临，使间期细胞来源已经脱去甲基化修饰的正在复制或是转录DNA片段，还未来得及在原先存在DNA甲基化的位点上重新加上甲基化的修饰，就仓猝加入到染色质超前凝集的行列上。所以，融合细胞中的间期细胞来源的早熟染色体中会存在DNA一级结构上的甲基化水平降低的现象。
) S  L5 H: J8 w! C. n- _& K, ?由于早熟染色体的组蛋白甲基化水平下降、各级高级包装的缺陷和DNA甲基化水平降低现象。均使融合细胞里间期细胞来源的基因组呈现出不稳定状态，导致融合细胞在增殖过程中容易出现染色体畸变或是基因突变，及基因的异常表达等状况。' X; i8 u, L4 ]& o
六、有异位激素产生的杂交细胞的假设( b% G9 J  g6 O2 Y! h5 ?6 U
正常细胞的基因表达，除了细胞因子、生长因子受体、信号转导等调控之外，最重要的还是染色质水平的调控，只有染色质处于开放状态，转录因子才能与相应的顺式原件结合以启动基因的表达。
5 G! e) Z% Z  t1 U/ U+ f近来的研究显示，DNA和组蛋白的甲基化都与基因的沉默存在着联系。一般认为DNA甲基化与基因表达呈反比关系，甲基化程度高，基因表达则降低，去甲基化又可使基因的表达增加。事实上，在真核生物基因组的一些不表达的基因中，启动区的甲基化程度很高，而处于活化状态的基因则甲基化程度较低。( ^& M' K- E' I9 N1 W
由于早熟染色体缺乏完整的高级包装及DNA甲基化水平降低现象（本文论述的）。而S期的主要特征是DNA复制。而在DNA复制的多个复制起始中成簇活化的复制单位中,就包括了组蛋白上的甲基化去除和DNA一级结构的去甲基化。组蛋白上的甲基化去除,表明原先是异染色质的,在复制单位中变为常染色质。DNA的去甲基化表明原先是关闭的基因,在复制单位中变为开放的活化的基因。0 R" a; ]; t1 P6 R
由于甲基化可以从一个细胞世代传到下一代细胞，因此也称“核记忆”。因此，早熟染色体中甲基化水平下降的基因通过细胞分裂遗传给子代杂交细胞，使杂交细胞群中间期细胞来源的原先是异染色质的变成了松解状的DNA，原先在DNA一级结构上有甲基化的变为去甲基化，使正常的间期体细胞原先处于关闭状态的基因，在杂交子细胞中呈活化状态而重新开放，便会异常表达。如果这些活化的基因片段是合成或分泌某些激素或激素类物质的基因时，杂交细胞群就可能会异常表达这些基因、合成或分泌一些激素或激素类物质，例如，肾上腺皮质激素（ACTH）。人绒毛膜促性腺激素（HCG），甲状旁腺素（PTH），胰岛素（insulin），生长激素（GH）降钙素（calcitonin），抗利尿激素（ADH），促甲状腺素（TSH）等。就能引起内分泌紊乱，而出现相应的临床症状。因此，临床上见到的异位内分泌性肿瘤所表现的内分泌紊乱而出现的称为异位内分泌综合征的临床症状，就很可能是由融合细胞基因组中间期（S期）细胞来源的高级包装缺失及甲基化水平下降的原先关闭的基因活化而异常表达有关。
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七、杂交细胞里的染色体结构畸变的现象假设' U! u. Q; \/ U+ w# s: }; c7 }
    染色体结构畸变的发生受多种因素的影响，如在物理因素，化学因素和生物因素等作用下，首先是染色体发生断裂，然后是断裂片段的重接。断裂的片段如果在原来的位置上重新接合，称为愈合，即染色体恢复正常，不引起遗传效应。如果染色体断裂后未在原位重接，也就是断裂片段移动了位置与其他片段相接或者丢失，则可引起染色体结构畸变又称染色体重排（例如染色体缺失、易位、倒位、环状染色体和等臂染色体等）。
8 ]. y3 l8 S6 |+ l+ r    由于正常体细胞在细胞分裂期的染色质是高度卷曲，螺旋化和紧缩，包装成近似球形的染色体。所以，正常的成熟染色体在细胞分裂过程中，发生染色体断裂的机率就很低。但是在细胞周期的间期，染色体是以伸展的细长而相互缠绕的纤维形式存在，当中还有处于转录进程的呈单链状态的模板链，S期的DNA正在复制进程中，由于DNA解链酶的作用是把DNA分子双螺旋解开，由于拓扑异构酶的作用是把一个DNA分子切成了一段段的、呈断裂状态的单链DNA或是双链的DNA片段，因此，在M期细胞与间期体细胞发生非生理性的细胞融合时，由于融合细胞中的MPF的作用，促使间期体细胞来源的复制中的呈断裂状态的ＤＮＡ和转录中的单链状态的ＤＮＡ还未复性，各种染色质的高级包装等还都未装上，就挤身于超前凝集的行列中。因此，这些高级包装缺陷的呈单线状的、粉碎状的或呈双细丝状的早熟染色体，在有丝分裂中期，由于动粒微管的牵引，在排列到仿锤体中央形成赤道板的过程中，就比较容易发生染色体断裂或丢失的情况。因此早熟染色体发生断裂或丢失的机率就会增加，如果染色体断裂后未在原位重接,则各种情形的染色体畸变就会发生。特别是S期细胞与M期细胞融合形成的融合细胞内S期细胞来源的DNA就已经是粉碎状的，这些DNA碎片发生丢失或染色体重排的机率就更高了。: e8 R& j- D3 Y4 x

, i2 W. L* T3 S& s: R! \' [$ `& K6 m八、早熟染色体的核酸杂交现象的假设
+ N6 I) b+ R$ R! [1 V8 [, j) U核酸杂交是分子生物学常用的重要技术之一，不同来源，但具有同源性的两条DNA或RNA单链按碱基配对原则,在一定条件下，借氢键相连结合在一起形成双链杂交分子这一过程就是杂交。杂交可以在 DNA-DNA片段之间，也可以在 DNA-RNA或RNA-RNA之间进行，只要它们之间存在同源序列，就可以进行碱基配对结合在一起.真核细胞的双链DNA分子在一定条件下可以发生变性和复性的变化。
1 Q( u: v, d: }- W: q     变性是指当DNA的二级结构和三级结构受到物理性、化学性、生物性等因素的破坏而解体，但其一级结构核苷酸间共价键并不断裂。这是DNA的变性。引起变性的因素很多。常见的有加热、酸、碱、乙醇、丙酮、尿素、酰胺等。然而在生理情况下，也存在着类似变性的生理现象。例如：真核细胞的DNA复制过程中，可通过DNA解链酶把DNA双链解开，通过拓朴异构酶把DNA链切断；又例如：在基因转录过程中。可通过RNA聚合酶使部分的DNA螺旋解开，从而产生单链的DNA摸板链。3 [0 N6 l8 K6 H2 ?) n/ \. q) [
复性，是指变性的两条DNA单链在合适的条件下又可按原来碱基配对再结合在一起,形成双螺旋结构，这一过程就叫做复性。$ i& K1 H7 O: b+ w/ E8 D/ d
由于核酸杂交是具有同源性的两条DNA或RNA单链，按碱基配对原则,在一定条件下，借氢键相连结合在一起形成新的双链杂交分子的，所以核酸杂交只能在DNA或RNA单链的存在形式下进行，而真核细胞的DNA是在双螺旋二级结构的基础上与组蛋白的紧密结合,以核小体的形式串联接成的纤维，再经过多次的盘曲折叠包装在染色体上的，所以是核酸杂交过程必须经历变性和复性的变化。* d% ?' g. o* ^! e8 [# }) ?0 b
    由于细胞的蛋白质合成和各种生物大分子的构建（即细胞生长）是贯穿整个细胞周期的，因此，在细胞生长过程中的每一时刻。细胞基因组中必然存在有处于转录状态的基因片段,产生单链的DNA模板链和各种RNA链如mRNA、tRNA和rRNA等.因此，当M期细胞与间期细胞发生非生理性的细胞融合时，由于M期细胞的MPF的作用，促使间期细胞的核膜消失，这时间期细胞核的基因组就暴露在M期细胞质中，这样,间期细胞基因组中正在复制或转录的单链的DNA模板链及其产物（各种RNA链）也因此而暴露在M期细胞质中，与融合细胞质中的各种RNA链相遇，就有可能发生毫无规则的胡乱碰撞，当具有同源性的序列碰撞在一起时，DNA—RNA间或RNA—RNA间的核酸杂交使可能会发生。0 h- j& y# A0 l& L) A
当M期细胞核与间期细胞核进行核融合时，间期细胞基因组中正在转录的单链DNA模板链及产物RNA链会与自身细胞来源或M期细胞基因组来源的正在转录的单链DNA模板链和RNA链相互碰撞，当具有同源性的序列碰撞在一起时。DNA—DNA间，DNA—RNA间或RNA—RNA间的核酸杂交便可能会发生。因此融合细胞里可能会出现DNA—RNA、DNA—RNA或RNA—RNA之间的核酸分子杂交现象.2 q7 F2 R1 }, R4 m. L5 L6 P
S期的主要特征是DNA复制，DNA复制进程中，DNA存在多个复制起始点，呈单链状态的DNA链特别多，因此,当M期细胞与S期细胞发生非生理性的细胞融合时，上述的染色体结构畸变和核酸分子杂交的现象的出现率就会增多。0 y' q. m) Z3 h& W
九、细胞融合是诱发生物细胞基因变异的主要原因之一* q' p) z& q& F! `
我们知道，自然选择不能诱发基因突变，只能保存具有生存优势的物种。而融合形成的杂交细胞具有原先两个或多个细胞的遗传信息，因此杂交细胞的基因组与其来源的细胞的基因组存在极大的变化。根据上面对早熟染色体的各种变异和在杂交细胞核中的多种存在形式等的推理分析，使我们知道自然界中自发的细胞融合可能是诱发生物细胞基因变异的主要原因之一。
+ z+ ~% r4 h6 ]% h# k十、在核融合的过程中，存在着主与从的关系  @+ ~+ z* Q" o( W! w
    当一个M期细胞与一个间期细胞发生非生理性的细胞融合后，间期细胞来源的与细胞周期控制系统中的细胞周期引擎相关的基因—细胞分裂周期（cell division cycle ,cdc ）基因的表达就停留在某个特定阶段。这样，就是在基因表达水平上喝止了周期蛋白水平的周期性变化，导致Cyclin-cdk复合物周期性地装配和活化的过程也被定格在某个特定的阶段，因而无法触发细胞周期向下一个时相转移。因此在融合细胞中的间期细胞失去了细胞周期继续运转的能力,而处于被动的地位；而融合细胞中的M期细胞因为具备了由G2期合成的M期所需的多种结构与功能的物质，具备了正常运行的细胞分化决定子，在功能正常的、健全的细胞周期引擎Cyclin-cdk复合物MPF的动力驱动下，有能力将间期细胞核膜融解，染色质提前凝集，因而能够引领着新的遗传组合继续前进，继而能够触发核分裂和胞质分裂的进程，然后进入下一个细胞周期，因此，通过对不同细胞周期的细胞融合后的各个细胞来源的各种生物大分子的成熟程度的变化的比较，我们可以得到一个答案∶在融合细胞中M期细胞来源的细胞分化决定子处于主导的地位，而间期细胞来源的细胞分化决定子处于从属的地位。
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十一、 “半融合”状态的多核大细胞的形成机制的假设3 ]9 A9 i' `9 A' I3 Q- T! m3 [
1、细胞分裂晚后期的细胞与周期细胞的融合的假设  }' C7 `9 r4 ]
在有丝分裂过程中，根据其形态学特征人为的分为前期、前中期、中期、后期、末期以及胞质分裂六个阶段。前五个阶段组成核分裂，随后还有胞质分裂。一个细胞要通过核分裂及胞质分裂才能产生两个子细胞。4 g& r0 l. W9 T
当G2期末时，细胞含有丰富的M—cdk(即MPF)储备而没有活性。M—cdk一但活化,细胞便从G2期转化到M期。活化的M—cdk就诱导染色质凝集，核膜破裂……染色体排列到中期赤道面上等有丝分裂事件。在有丝分裂晚后期姐妹染色单体分离到纺锤体两极间时，被cdk磷酸化而激活的APC介导细胞周期蛋白B〔cycLinB(M-cylin) 〕多聚泛素化，导致cyclinB降解。因为cyclinB是M-cdk的关键亚基,其降解便使M-cdk失活,由此触发了末期开始。M-cdk失活后，与有丝分裂相关的蛋白如H1组蛋白，核纤层蛋白等，以及cdk都被磷酸酶去磷酸化恢复到原来的状态。使得上述的所有核分裂的过程全部完成而停止，已分离的染色体开始解聚集。末期核膜在子细胞核周重建。最后胞质分离产生两个G1期的子细胞。因此，在有丝分裂的晚后期和胞质分裂阶段的M期细胞之间或是与间期细胞之间发生非生理性的细胞融合时，由于M-cdk已经失活，故不会引起间期细胞的核膜消失，染色质超前凝集等现象的发生，因而只能形成多核的融合细胞。
  |( S; `* Q. {* E( b0 \; v 关于单细胞生物，细胞分裂晚后期的细胞与间期细胞发生融合后，也是因为类似于上述的原因不会形成合核体而形成多核细胞或是形成呈“半融合”状态的融合细胞。7 d" _* }% t: C% t' B2 g; a
成熟细胞间的融合4 a, n5 M9 g: W+ l% U: e
  当细胞分化成熟时，便失去了细胞增殖的能力，细胞分化决定子的行程已经到了生长旅程的尽头，所有的基因已经全部关闭，细胞质里没有了Cyclin和cdk等物质。所以，成熟细胞已是不可逆地脱离细胞周期，始终停留在G1期状态、真正发挥生理功能直到细胞调亡的不育细胞。因此，如果哺乳动物体里的成熟体细胞与成熟体细胞或间期细胞融合后，由于成熟细胞已经发育到了尽头，由于融合细胞里没有MPF的作用。于时，融合细胞里不会发生DNA提前复制或是染色质前提凝集等生化变化的现象，结果，这种组合的融合细胞只能形成“半融合”状态的没有增殖能力的成熟融合细胞，融合细胞的生存时间、衰老、凋亡的进程与其来源的细胞一样。
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/ y+ Y3 d9 b2 }" O" ^# p% j! J2 q7 o3、同步发育的细胞之间发生的融合现象的假设
8 S6 M( |) N6 `0 e  B9 ~! Z' L5 x在自然界的哺乳动物体内存在着同源的细胞同步发育的现象，例如，在精子发生过程中，为保证同源生精细胞严格的同步发育，与胞质分裂不完全，生精细胞之间以2-3μm宽的胞质桥相连（胞质桥有利于信息传递）。精子发生过程中，它们都是沿着一个细胞分化方向同步增殖和发育，就是从精原细胞生长发育成为精子。在精子生成过程提示：在细胞世界里，在细胞分化方向完全相同的同源细胞群中，就能够找到细胞周期步伐完全相同的细胞。
3 C; v( `# l$ V' g$ R1 E当两个或多个细胞周期完全同步的细胞之间发生非生理性的细胞融合后，由于融合细胞质里拥有同步的细胞周期引擎的物质。如S-cdk，G2-cdk和MPF等物质，所以它们之间不会相互诱导。因此，这类融合细胞无法进行核融合，只形成“半融合”状态的融合细胞，或是胞质融合而核不融合的双核或多核细胞，此类半融合细胞等于是它们的膜粘连在一起的两个或多个细胞。经自然选择存活下来并异常增殖时，半融合细胞里的各个细胞仍然按照各自的细胞分化的方向生长和发育，但形成的却是相互黏连在一起的两个或多个相同的或是不同的细胞群。
( r6 |3 Z! N0 q4 a& d例如，如果两个细胞周期完全同步的G1期细胞发生非生理性融合时，由于没有S-cdk的诱导，就不会发生DNA提前复制的现象；由于没有MPF的诱导，就没有核膜溶解和染色质提前凝集的现象。
! t# v$ j+ i) |十二、体积大小不同的细胞间的融合现象的假设
" C8 l" K; ]4 u5 M2 g不同类型细胞的大小变化很大，如真核细胞的体积一般是原核细胞的1000倍。人的卵细胞的直径只有0.1mm，而鸵鸟的卵细胞的直径则有5cm. 如果两个或多个体积大小不同的细胞发生融合，由于在膜融合的过程中各个细胞膜的溶解程度不同，就可能形成不同类型的杂交细胞：
6 T, I- t5 M" K: t$ M0 I1、生理性的体积大小不同的细胞间的融合现象
' [/ R( }$ E* u* A在精子和卵子结合成合子（受精卵）的过程称为受精（fertilization）。人类成熟的卵子几乎是使之受精的精子的体积的100万倍。因此，精子和卵子结合就是体积大小不同的细胞之间发生融合的自然生理现象。一个人的精子要进入卵内，必需经过获能、顶体反应、才能与卵融合。在受精过程中，顶体酶能协助精子穿透卵子外面的各层屏障。如透明质酸酶能使精子穿过卵丘细胞层；在顶体素（acrosin）的作用下，精子能够穿破透明带而到达卵黄膜。精子穿过透明带后，进入卵黄周间隙（perivitelline space）,其头部与卵膜接触，头部赤道段的细胞膜首先与卵膜发生融合，精子细胞膜通过融合成为卵膜的一部分，整个精子也就进入卵中，使精子与卵子融合。因此，精子是通过细胞融合在卵细胞膜上开凿的一个孔上进入卵细胞的。
1 K! t* Z( w! E3 n: h( f2、病理性的体积大小不同的细胞间的融合现象: l' L2 K1 ]0 l. F# R
由于真核细胞的体积一般是原核细胞的1000倍，所以假设一个真核细胞与一个原核细胞之间发生融合，两个细胞融合的膜的面积相当于真核细胞膜的一个点，也可以说是原核细胞在真核细胞的膜上开了一个小孔。例如，在细胞融合的过程中，在细胞融合的位点上，真核细胞的细胞膜已经穿了一个孔，而原核细胞膜还很完整时，这个原核细胞就有可能整个的从这个小孔上钻到真核细胞里面去了，又可以说是真核细胞把原核细胞吞噬了。由于原核细胞与真核细胞的遗传体系不同，由于这时的原核细胞膜很完整，在这个真核细胞质里不具备溶解原核细胞膜的酶的情况下，钻到真核细胞里面去以后的原核细胞仍然可以完完全全的按照原来的生存方式生存。形成共生的关系。例如，各种胞内菌主要是寄居在宿主细胞内生长繁殖，结核杆菌的致病作用可能是细菌在组织细胞内顽强增殖引起炎症反应；麻风分枝杆菌是一种典型胞内菌，病人渗出物标本涂片中可见大量麻风分枝杆菌存在于细胞内。这种细胞的胞浆呈泡沫状，称麻风细胞。所以胞内菌的感染就是很常见的体积大小不同的细胞间的细胞融合的现象。- k4 _+ |$ k0 B: A2 N2 |: @% c% ^, F
十三、融合细胞核的多形性的假设, @, q: u7 H& R) C) |2 S
假设自然界里的细胞融合也会与人工诱导的融合细胞一样，有多个细胞融合在一起的多核大细胞；有同核体或异核体的融合细胞；有细胞膜结合在一起，而内部的细胞质和细胞核均不混合的称为“半融合”的融合细胞；有细胞融合后能够通过细胞分裂，使两个或多个亲本的染色体合并一起形成合核体（即杂交细胞）；还有合核体能通过细胞分裂继续增殖产生杂交子细胞等多种融合细胞的现象出现。这就是融合细胞核的多样性的具体表现之一，再加上周期细胞间融合的核组合的唯一性（特异性）及细胞融合诱发生物细胞基因变异等等，均表明融合细胞核的多形性。