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　　在人体气道、生殖道和脑室等组织中广泛分布着一类特化的细胞，称为多纤毛细胞。多纤毛细胞是能在有丝分裂后产生数十到数百个中心粒，然后以每个成熟的中心粒为基体形成可以运动的纤毛的细胞类型。多纤毛细胞能够通过纤毛的有序摆动来促进液体流动和细胞运动，因而在气道清洁、有性生殖和组织稳态等方面发挥重要功能。大多数细胞仅具有2个中心粒，其可在细胞周期S期通过复制产生4个中㊣心粒，但是㊣复制产生的中心粒又将在有丝分裂中被平均分配给子细胞。那么，多纤✅毛细胞是如何分化形成的呢？

　　近日，加州大学旧金山分校Jeremy Reiter团队在Nature发表了题为“An alternative cell cycle coordinates multiciliated cell differentiation”的研究成果。该研究利用单细胞测序技术发现，一些已知的细胞周期调控因子通过重新排列组合从而在非经典的细胞周期时相中产生大量中心粒，进而促进多纤毛细胞的分化形㊣成。

　　该研究将气液界面培养下不✅同分化时间的小鼠气管上皮细胞混合进行了单细胞RNA测序，拟时序分析揭示多纤毛细胞由基底干细胞经历中间态细胞分支后形成。通过细胞周期不同阶段的基因表达模式分析，该研究发现基底干细胞相继经历了G1/G0期，S期和G2/M期的㊣经典细胞周期。虽然多纤毛细胞被认为已经退出细胞周期，但是该研究意外发现分化中的多纤毛细胞不仅存在细胞周期，而且细胞周期进程表现异常，依次为G1/G0期，S期，G2/M期和第二次G1/G0期。进一步地，该研究结合多种细胞周期及相关蛋白检测方法，揭示了分化中的多纤毛细胞虽然具有细胞周期c系基因头尾的作用，但并不增殖。上述结果提㊣示，多纤毛细胞的分化依赖非经典的细胞周期。

　　随后，该研究对单细胞RNA测序数据进行深入挖掘和实验验证，发现CDK4/6通过促进多纤毛细胞相关转录因子MYB和FOXJ1的表达来驱动上述非经典细胞周期中G1/G0期到S期的转变，从而起始了多纤毛细胞的分化。

　　基因表达分析发现，在该非经典的细胞周期中中心粒合成相关基因高表✅达，而一些细胞周期经典调控因子，如S期DNA复制相关因子和G2/M期中央纺锤体相关因子则表现为低表达。进一步研究表明，转录因子E2F7抑制了S期DNA复制基因的表达，从而抑制DNA合成，最终促进分化的多纤毛细胞从S期向G2期过渡。

　　在✅E2f7敲除小鼠的脑室、气道和输卵管中，多纤毛细胞的纤毛数目显著减少基因扩增的公司排行榜。同时，在这些细胞的细胞质中存在大量没有和细胞膜锚✅定的中心粒，其可能的原因是编码细胞骨架调节因子的基因在E2f7敲除的多毛细胞中表达受到抑制。在中心粒成熟的过程中，CCP110从中心粒顶端的移除、Deuterosome的解体以及中心粒远端附件的形成都至关重要。然而，上述关键事件均在E2f7敲除的小鼠气管上皮细胞中存在不同程度的缺陷。此外，透射电镜观察发现，E2f7敲除的多纤毛细胞除中心粒锚定和纤毛发生受到抑制外，许多中心粒长度较短或不完整，中心粒合成㊣也被破坏。上述✅结果表明，E2F7敲除的多纤毛细胞中心体合成和成熟过程均出现异常。

　　单细胞RNA测序技术早在2013年就被Science杂志评选为年度最值得关注的领域，近年来，单细胞RNA测序技术飞速发展，由低通量发展为高通量、单一组学发展为多组学联用。目前大量研究应用单细胞RNA测序技术进行单细胞层面基因表达㊣图谱的绘制，发现和定义了众多全新的细胞类型及其标志物。本研究以多纤毛细胞形成的机制为切入点，借助单细胞RNA测序的深度挖㊣㊣掘潜能，首次发现非经典的细胞周期能够✅协助多纤毛细胞的分化进程。无独有偶，巴黎文理研究大学Alice Meunier团队几乎同时在预印本bioRxiv发表了题为“Identification of a new cell cycle variant during multiciliated cell differentiation”的研究论文，同样通过单细胞RNA测序鉴定出了相似的多纤毛细胞分化调控机制。以上研究印证了单细胞RNA测序技术在破解生物学领域难题方面的独到之处，其研究思路和实验设计值得借鉴和学习。

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