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作者：Dr Mark Browne and Dr Alan Mullan
众说周知，钙离子在细胞功能的许多方面都发挥着重要作用。细胞内钙的功能之一是在细胞发育周期的不同阶段发挥作用。利物浦大学的Mike White教授和Violaine Sée博士的研究工作为这一领域提供了重要的见解。在他们的研究中，他们采用了一种靶向闪光光解技术，能够研究钙在细胞周期进展中的作用。
D型细胞周期蛋白（如CD1）在细胞周期进程中发挥着重要作用。CD1的水平在细胞周期中会发生变化，其水平直接依赖于转录速率。CD1的转录受到多种转录因子的调控，其中包括核因子kappa B（NF-κB），它可以通过对CD1的转录调控来控制细胞生长和分化。尽管NF-κB似乎在细胞周期进展中发挥作用，但导致该转录因子在生长因子刺激后激活的细胞内事件尚不清楚。非分裂细胞在生长因子或促有丝分裂原刺激下，细胞内游离钙浓度会出现短暂上升。细胞内钙也被证明在细胞周期的G1/S期和G2/M期中发挥作用，但钙在G0期到G1期过渡中的确切作用仍旧尚不清楚。
通过在活细胞中使用靶向光解技术解开钙螯合剂和钙供体，White 和 Sée 能够观察到细胞如何对精确计时的钙信号缺失和钙水平增加做出反应。这使得他们能够了解钙在 CD1 基因转录和随后的细胞增殖中的作用。
为了研究血清诱导的细胞内钙增加的长期作用，研究团队需要一种非侵入性的方法来消除这种短暂的钙增加。为此，他们使用了笼型钙清除剂Diazo-2。在360 nm光照射下，Diazo-2对钙的亲和力会增加30倍。为了消除血清诱导的钙峰，他们在血清诱导后立即对加载了Diazo-2的细胞进行光照射，Diazo-2的光解抑制了血清诱导的钙峰，而不会影响后续的细胞内钙水平。
研究人员利用MicroPoint系统，通过将特定细胞暴露于一系列360 nm、4 ns脉冲光（持续10秒），实现了对Diazo-2的光解。他们对样品进行了同步的成像和光刺激，并通过共聚焦显微延时成像分别跟踪了目标细胞和正常细胞。基于这此，他们直接实现了光解对细胞内信号传导和细胞命运的影响的监测。
正如 Violaine Sée 所解释的，他们没有在目标细胞中检测到NF-κB易位至细胞核，也没有检测到NF-κB依赖的基因转录，这些基因转录依赖于NF-κB共识序列和CD1启动子。这些事实表明，血清诱导的钙峰似乎预示着下游事件。
图 1 - 同时加载 NP-EGTA（笼式钙）和 Fluo-4（钙染料）的瑞士 3T3 细胞的单细胞光照射实验。箭头指向被照射的细胞：（A）照射前，（B）照射期间，荧光强度的增加表明钙的释放；（C）照射后30秒，钙水平恢复至基线。
为了进一步研究瞬时钙增加与后续 NF-κΒ 激活之间的关系，他们对笼式钙供体 NP-EGTA 进行了有靶向光解。活化的 NP-EGTA 导致细胞内钙瞬时增加 22%。这一增加幅度与血清刺激引起的增加幅度相当，但它并未诱导可检测的 p65 易位到细胞核。
使用笼型分子抑制和复制血清诱导的钙峰的结果表明，NF-κB易位和下游基因转录调控依赖于细胞内钙的瞬时增加，但还需要其他血清依赖的信号来激活NF-κB。这些结果与其他实验相结合，使研究人员提出，从G0期到G1期的过渡依赖于有丝分裂激酶活性以及钙信号传导，而NF-κB激活在将这些有丝分裂信号传递到细胞核中发挥着关键作用。
“这项研究显示，钙在细胞周期中扮演了主导角色。钙离子在细胞功能的许多方面都发挥着作用，但其在细胞周期中的作用尚未被充分描述。”Violaine Sée说，“我们发现，钙可以通过激活有丝分裂原活化蛋白激酶-NF-κB通路来启动细胞周期。”- Violaine Sée博士
图2 - 血清刺激促进p65易位至细胞核以及IκBα降解
图像由利物浦大学的Violaine Sée博士提供。感谢利物浦大学的Mike White教授和Violaine Sée博士，以及Dave Spiller博士（现曼彻斯特大学）。
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