有絲分裂染色體何以正確分離？

日期：2015-08-10 08:57:08

染色體負責(zé)攜帶我們的基因，并且保護有助于確保正常、健康生長的信息，其攜帶的重要指令，通過一個稱為有絲分裂的過程，在細胞之間進行傳遞。雖然幾十年來這種復(fù)制機制已得以很好的理解，但是，科學(xué)家一直無法準(zhǔn)確地描述，當(dāng)有絲分裂發(fā)生時遺傳信息是如何被保護并正確分離的。

最近，來自美國Wistar研究所的一項最新研究發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)之間的一種相互作用，在染色體裝配中發(fā)揮關(guān)鍵作用，以便于重要的遺傳信息能夠被安全地傳遞。這項研究結(jié)果發(fā)表在八月六日的《Molecular Cell》雜志。延伸閱讀：Nature子刊：細胞分裂的一個關(guān)鍵組分得以揭示。

為了了解分裂細胞如何保護和忠實地分離已被轉(zhuǎn)錄的基因，研究人員集中研究一個存在于人類細胞中的蛋白復(fù)合物，稱為凝縮蛋白（condensin）。這組蛋白質(zhì)有助于將人類基因組中的20000多個蛋白質(zhì)編碼基因，壓縮在細胞核內(nèi)可以放下的結(jié)構(gòu)中。最近的研究發(fā)現(xiàn)，凝縮蛋白基因在各種癌癥中是嚴重突變的。這些突變可通過基因表達的調(diào)節(jié)異常以及染色體不穩(wěn)定，促進致癌過程。

Wistar研究所基因表達與調(diào)控項目副教授Ken-ichi Noma博士，研究一個細胞的細胞核破壞如何可以導(dǎo)致癌癥。確定負責(zé)保護染色體的蛋白質(zhì)之間的關(guān)系，是我們了解更多關(guān)于“致病基因的第一次中斷”的關(guān)鍵一步。

Noma說：“凝縮蛋白如何能夠裝配有絲分裂染色體的特定結(jié)構(gòu)呢？這種組織如何能促進有絲分裂過程中的分離呢？這是基因組生物學(xué)研究所面臨的兩個重要問題。我們相信，這項研究為這些重要的問題，提供了一個分子基礎(chǔ)。”

此前，Noma實驗室發(fā)現(xiàn)，許多基因與著絲粒有關(guān)聯(lián)。著絲粒是兩個染色單體（新復(fù)制的染色體的拷貝）擺放的位置，以便在有絲分裂過程中進行正確的分離。凝縮蛋白可介導(dǎo)RNA聚合酶III轉(zhuǎn)錄基因（簡稱聚合酶III基因）和聚合酶II轉(zhuǎn)錄的“看家”基因的聚類，它們對于每個細胞的正常功能是必要的。然而，科學(xué)家們并不知道“凝縮蛋白到底如何被招募來幫助這個過程的”。

在這項研究中，Noma及其同事發(fā)現(xiàn)了將凝縮蛋白和有絲分裂聯(lián)系起來的蛋白質(zhì)相互作用。通過在酵母中研究有絲分裂，他們確定了一個稱為Cnd2的凝縮蛋白亞基，可直接結(jié)合一個蛋白，叫做TATA盒結(jié)合蛋白（TBP）。TBP是每種轉(zhuǎn)錄因子類型所必需的一個普通轉(zhuǎn)錄因子。當(dāng)Cnd2結(jié)合TBP時，它將凝縮蛋白招募到Pol III基因和Pol II轉(zhuǎn)錄的管家基因上。當(dāng)這一切發(fā)生的時候，凝縮蛋白將這些基因結(jié)合到著絲粒上，這樣，當(dāng)有絲分裂過程中染色質(zhì)被分開時，遺傳信息仍然受保護，并且是完整的。

Noma指出：“這個基因組組織機制，有助于有絲分裂過程中重要遺傳物質(zhì)的有效傳遞。通過更好地了解這個重要的過程，我們現(xiàn)在可以探討，當(dāng)這種現(xiàn)象被破壞時所引發(fā)疾病的起源。”

Wistar研究所主席和CEO、Wistar研究所癌癥中心主任Dario C. Altieri博士說：“這項研究可以拓寬我們對重要生物學(xué)過程的基本機制的理解，在這種特殊的情況下，在指細胞分裂過程中的染色體分離。從這一類型研究獲得的信息，對于我們更好地了解人類疾病和潛在的新療法，是十分關(guān)鍵的。”