Cell：誰為細胞分裂“保駕護航”？
日期：2016-05-10 13:10:37
最近，來自華盛頓大學和Fred Hutchinson癌癥研究中心的研究人員，在國際頂級期刊《Cell》報道稱，一種對張力敏感的“故障安全性”蛋白，可在我們細胞分裂的時候，確保所產生的兩個細胞繼承了正常數目的染色體。
當一個細胞分裂時，在被稱為有絲分裂的過程中，分裂的細胞產生其每條染色體的一個副本。然后將它們進行分配，這樣每個子細胞都繼承了每條染色體的一個副本。如果這個過程失敗，一個子細胞最終就有太多染色體，而其他子細胞則有太少染色體，所產生的細胞會死亡、發生故障，或者在某些情況下癌變。事實上，這種情況——稱為非整倍性，在腫瘤細胞中是最常見的基因異常。
在這項研究中，研究人員展示了一個參與有絲分裂的關鍵蛋白質，如何有助于防止細胞分裂過程中的染色體異常分配，從而減少了非整倍性的風險。本文通訊作者是Fred Hutchinson癌癥研究中心基礎科學部的Susan Biggins，其實驗室的博士后、本文第一作者Matthew Miller表示：“這些發現為細胞分裂過程提供了新的見解，并可能指導開發新的化療藥物，靶定細胞分裂機制。”華盛頓大學生理學和生物物理學副教授Charles L. Asbury也是本文共同通訊作者。
這種分子在人類中被稱為ch-TOG，是一種蛋白質，它參與感知兩套染色體是否被正確分配，這樣，在細胞分裂之前，它們將會被吸引到相反的方向。這個蛋白質得名是因為它是由一個基因產生的，這個基因在結腸癌和肝癌中是過分活躍的，被稱為Colonic-Hepatic Tumour-Overexpressed基因(ch-TOG)。ch-TOG的版本出現在許多不同的物種中，是它對于正常細胞功能必不可少的一個指標。為了方便起見，華盛頓大學的研究人員研究了存在于酵母中的一個版本，稱為Stu2。
在細胞準備分裂時，Stu2通過復制每條配對的染色體，而開始起作用。每條染色體包含一個蛋白質復合體，其組成一種稱為著絲粒的結構，是一個運動控制中心。當需要分離染色體對時，細細的線狀細絲——稱為微管，從細胞的相反兩端延伸，并與著絲粒連接起來。正常情況下，來自細胞一邊的微管，抓住來自一條配對染色體的著絲粒，來自細胞另一側的微管，則依附于另外一條配對染色體的著絲粒。
當兩條微管開始拉動時，復制的染色體分離，并且每條被吸引到細胞的另一側。作者發現，Stu2是這個動粒結構的一個關鍵部分。為了闡明Stu2的功能，研究人員分離了著絲粒，并將它們與微珠連接在一起，然后用一束強烈的激光光束——一種稱為激光陷阱的技術，將其固定在適當的位置。一旦把微珠固定到位，研究人員就能讓微管附著在具有和沒有Stu2著絲粒。
然后，他們把微管從珠子上拉開，逐漸增加張力，直到連接中斷。這種技術允許他們在皮牛頓力（pN）的范圍內測量連接的張力。1 pN是百萬兆分之一牛頓力。在地球上，1 pN是大約一個血液細胞的重量。
華盛頓大學的研究人員發現，當Stu2存在時，隨著張力增加，這種連接變得更加穩定。隨著張力從1pN升高到5pN，連接的持續時間平均從20分鐘增加到將近一個小時。然而，當Stu2被移除時，相反的事情發生了。隨著張力1 pN增加5 pN，連接持續時間從34分鐘下降到8.5分鐘。
研究人員推測，Stu2似乎是一種“故障安全”機制，確保復制染色體的正確定位，以在細胞分裂時正確地分開。當著絲粒連接的微管來自于細胞的相反方向，并被拉到相反的方向時，它們就產生張力，使Stu2穩固這種連接。
但是，如果著絲粒連接到來自細胞相同方向的兩根微管，它們或多或少在相同的方向，并產生更少的張力，Stu2采取行動破壞了連接。這使得連接中斷，并給出了著絲粒另一個機會，與微管建立一種正確的連接。
Stu2 ch-TOG到底是如何這樣做的，還有待于發現。有一種理論認為，它沿著叫做手指陷阱（finger trap）的兒童魔術玩具起作用，當你試圖拔出插入的手指時，這種編織管會產生更大的力，但是當你把你的手指擠在一起時，它慢慢松開。
Biggins說：“這是確定的第一個分子，參與感知張力，以確保細胞繼承正確的染色體，所以，在未來我們有可能在治療中利用其功能獲益。”
2014年，Whitehead研究所的Iain Cheeseman和Kara McKinley鑒定了CENP-A填充著絲粒時的兩個關鍵蛋白，它們確CENP-A積累發生在正確的時間和地點。這項研究于七月十七日發表在Cell雜志上。
SWI/SNF蛋白質復合物——可解開緊緊包裹的DNA，也是細胞分裂的一個強有力的抑制因子。2015年，荷蘭烏特勒支大學的研究人員發現了這一重要的抑制因子作用。這一研究成果在線發表于七月二日的《Cell》雜志。
2015年10月，研究人員使用來自青蛙和海星的卵子和胚胎，對細胞分裂的機制進行了基礎性研究，對于“動物細胞如何控制塑造自己的力量”有了一個意外的發現。相關研究結果發表在《Nature Cell Biology》雜志。
上一篇： 腸道菌如何控制腦部炎癥？
下一篇： Cell子刊：RNA甲基轉移酶與癌癥
