染色體分離的奧秘
日期：2010-11-29 17:28:51
正常人體中有超過一萬億個細胞，每個正常的細胞都擁有完全相同的染色體。當細胞分裂過程中染色體移動發生錯誤時會導致嬰兒出生就帶有遺傳缺陷例如唐氏綜合征（細胞中有一個額外拷貝的21號染色體）。近日科學家們在一項研究中發現細胞是通過一種非常簡單的方式穩定驅動染色體分離。研究論文發表在11月25日《自然》（Nature）雜志上。
論文的資深作者西雅圖弗萊德哈金森癌癥研究中心基礎科學部的研究員Sue Biggins說：“癌細胞最顯著的一個標志就是它們包含著錯誤數量的染色體，因此了解染色體分離的調控機制是非常重要的。這將有助于我們找到相應的途徑在缺陷發生前就予以糾正，或通過靶向帶有錯誤數目染色體的細胞從而防止它們繼續分裂。”
動粒是細胞內推動染色體移動的重要裝置。在細胞分裂過程中著絲粒結合蛋白裝配在染色體上形成動粒，并與動粒絲相連。動粒通過牽拉動粒絲驅使染色體移動。在此過程中動粒絲不斷地聚合和解聚。動粒絲的伸長和縮短牽扯著動粒和染色體直至它們分離。
“動粒是細胞內最大的結構之一，但之前科學家們還從未分離出這一結構，”Biggins說：“我們實驗室第一次分離出了動粒，這使得我們能夠在細胞外對動粒的行為進行分析，并揭示它們控制染色體移動的機制。”
“我們的研究證實當處于張力下時動粒和微管絲之間的連接變得更加穩定，”文章的資深作者、華盛頓大學生理學和生物物理學副教授Charles "Chip" Asbury博士說。
Asbury將微絲上的這種穩定張力比喻成中國式手指網套玩具——當你越試圖拉開，你的指關節就會被更強力地牽扯。然后Asbury又進一步解釋了這種張力依賴性的穩定作用是如何幫助染色體分離的。
當細胞接近分裂時，細胞內形成有絲分裂紡錘體。染色體對正確連接到紡錘體，其中一條染色體與右側的微管相連，而另一條則與左側的微管相連。動粒處于機械張力下，使連接變得穩定，有幾分像在兩邊同時勒緊繩索從而穩定住負荷的樣子。這是一個簡單、原始的機制。
Asbury說：“如果染色體發生連接錯誤，動粒就無法處于足夠的張力下。連接由于失穩而迅速松開，使其重新形成正確的連接。動粒不僅發揮了連接器的作用，同時它還是調控中樞。它能感知并修復連接錯誤，釋放出‘等待’信號直至微管絲到達正確的位置。”
在新研究中研究人員從芽殖酵母細胞中純化出天然的動粒，并利用技術對單個分子進行操作觀察了它們的作用機制。通過這種方法科學家們完成了在活細胞中無法進行的檢測。
“就我所知，以前從未從任何生物體中分離出完整的功能性的動粒。利用純化的動粒研究小組一次直接檢測了單個動粒顆粒和動態微管之間的耦合強度，”Asbury說：“此外新研究發現還將推動研究人員更加努力地揭示所有生命賴以生存機制：即細胞分裂前移動和動力是如何產生推動復制的染色體分離的？”
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