當細胞分裂時，它們通常會產生兩個相同的子細胞。然而這一規則也有一些重要的例外。當乾細胞分裂時，它們通常會產生一個分化的細胞和另一個乾細胞以維持幹細胞庫。Yukiko Yamashita在其職業生涯中一直在探索這些“不對稱”的細胞分裂是如何發生的。

這些過程不僅對細胞發育成不同類型的組織至關重要，而且對卵子和精子等生殖細胞保持其一代又一代的活力也至關重要。

Yamashita指出：“生殖細胞如何設法不滅絕，而我們的體細胞卻不能持續那麼久，這是一個迷人的問題。”

據悉，Yamashita在密歇根大學開始了她的教師生涯，於2020年加入麻省理工學院和懷海德研究所。她表示，她被吸引到MIT的原因是她在其他科學家中發現的探索新思想的熱忱。“當我訪問MIT時，我真的很喜歡跟這裡的人交談。他們的好奇心很強，對非常規的想法非常開放。我意識到，如果我來到這裡我會擁有很多樂趣。”

探索悖論

Yamashita甚至在知道什麼是科學家之前就知道自己想要成為一名科學家。

“我的父親是阿爾伯特·愛因斯坦的崇拜者，所以因為這個原因，我從小就認為追求真理是你一生中可以做的最好的事情。在2、3歲的時候，我不知道有教授這種東西，也不知道有科學家這種東西，但我認為做科學可能是我能做的最酷的事情，”Yamashita說道。

她在京都大學主修生物學，然後留下來攻讀博士學位以研究細胞在分裂時如何精確複製自己。在斯坦福大學做博士後時，她開始對這一精心安排的過程的例外情況感興趣並開始研究細胞如何進行分裂以產生不完全相同的子細胞。這種不對稱的分裂對於多細胞生物來說是至關重要的，因為多細胞生物開始時是一個單一的細胞，最終會分化成許多類型的組織。

這些研究帶來了一個發現，它幫助推翻了以前關於所謂垃圾DNA作用的理論。這些構成基因組大部分的序列被認為基本上是無用的，因為它們不為任何蛋白質編碼。對Yamashita來說，細胞攜帶這麼多沒有任何作用的DNA似乎是自相矛盾的。

“我真的無法相信我們大量的DNA是垃圾，因為每次細胞分裂時它仍有復制這些垃圾的負擔。因此，我的實驗室開始研究這些垃圾的功能，然後我們意識到它是染色體的一個真正重要的部分，”Yamashita說道。

在人類細胞中，基因組被儲存在23對染色體上。將所有這些染色體保持在一起對於細胞在需要時復制基因的能力至關重要。幾年來，Yamashita和她在密歇根大學及後來在麻省理工學院的同事們發現，一些垃圾DNA就像條形碼一樣，給每個染色體貼上標籤並幫助它們與蛋白質結合進而將染色體捆綁在細胞核內。

如果沒有這些條形碼，染色體就會散開並開始從細胞核中漏出。關於這些垃圾DNA片段的另一個有趣的觀察是，它們在不同物種之間的變異性比DNA的蛋白質編碼區域大得多。通過雜交兩種不同種類的果蠅，Yamashita發現，在雜交後代蒼蠅的細胞中，染色體漏出，就像它們失去了條形碼一樣，這表明這些代碼是每個物種的特定代碼。“我們認為這可能是不同物種變得不相容的重要原因之一，因為它們沒有正確的信息將它們所有的染色體捆綁在一起。”

幹細胞的壽命

Yamshita對乾細胞的興趣還促使她研究生殖細胞如何比普通體細胞跨代保持如此長的生存能力。在典型的動物細胞中，導致跟年齡有關的衰退的一個因素是編碼細胞持續使用的基因的基因序列的損失，如核醣體RNA的基因。

一個典型人類細胞可能有數百個這些關鍵基因的副本，但隨著細胞的老化它們會失去其中一些。對於生殖系細胞來說，這可能是有害的，因為如果數量太少，細胞就不能再形成有活力的子細胞。

Yamshita和她的同事發現，生殖系細胞通過在細胞分裂過程中從一個子細胞中撕下DNA部分並將其轉移到另一個子細胞中來克服這一問題。這樣一來，一個子細胞就恢復了這些基因的全部內容，而另一個細胞則被犧牲了。

Yamashita表示，這種浪費的策略可能太奢侈了，它不可能對身體的所有細胞都起作用，但對於生殖細胞這個小群體來說，這種折衷是值得的。