Cell：谁为细胞分裂“保驾护航”？

 最近，来自华盛顿大学和Fred Hutchinson癌症研究中心的研究人员，在国际顶级期刊《Cell》报道称，一种对张力敏感的“故障安全性”蛋白，可在我们细胞分裂的时候，确保所产生的两个细胞继承了正常数目的染色体。

 

当一个细胞分裂时，在被称为有丝分裂的过程中，分裂的细胞产生其每条染色体的一个副本。然后将它们进行分配，这样每个子细胞都继承了每条染色体的一个副本。如果这个过程失败，一个子细胞最终就有太多染色体，而其他子细胞则有太少染色体，所产生的细胞会死亡、发生故障，或者在某些情况下癌变。事实上，这种情况——称为非整倍性，在肿瘤细胞中是最常见的基因异常。

 

在这项研究中，研究人员展示了一个参与有丝分裂的关键蛋白质，如何有助于防止细胞分裂过程中的染色体异常分配，从而减少了非整倍性的风险。本文通讯作者是Fred Hutchinson癌症研究中心基础科学部的Susan Biggins，其实验室的博士后、本文第一作者Matthew Miller表示：“这些发现为细胞分裂过程提供了新的见解，并可能指导开发新的化疗药物，靶定细胞分裂机制。”华盛顿大学生理学和生物物理学副教授Charles L. Asbury也是本文共同通讯作者。

 

这种分子在人类中被称为ch-TOG，是一种蛋白质，它参与感知两套染色体是否被正确分配，这样，在细胞分裂之前，它们将会被吸引到相反的方向。这个蛋白质得名是因为它是由一个基因产生的，这个基因在结肠癌和肝癌中是过分活跃的，被称为Colonic-Hepatic Tumour-Overexpressed基因(ch-TOG)。ch-TOG的版本出现在许多不同的物种中，是它对于正常细胞功能必不可少的一个指标。为了方便起见，华盛顿大学的研究人员研究了存在于酵母中的一个版本，称为Stu2。

 

在细胞准备分裂时，Stu2通过复制每条配对的染色体，而开始起作用。每条染色体包含一个蛋白质复合体，其组成一种称为着丝粒的结构，是一个运动控制中心。当需要分离染色体对时，细细的线状细丝——称为微管，从细胞的相反两端延伸，并与着丝粒连接起来。正常情况下，来自细胞一边的微管，抓住来自一条配对染色体的着丝粒，来自细胞另一侧的微管，则依附于另外一条配对染色体的着丝粒。

 

当两条微管开始拉动时，复制的染色体分离，并且每条被吸引到细胞的另一侧。作者发现，Stu2是这个动粒结构的一个关键部分。为了阐明Stu2的功能，研究人员分离了着丝粒，并将它们与微珠连接在一起，然后用一束强烈的激光光束——一种称为激光陷阱的技术，将其固定在适当的位置。一旦把微珠固定到位，研究人员就能让微管附着在具有和没有Stu2着丝粒。

 

然后，他们把微管从珠子上拉开，逐渐增加张力，直到连接中断。这种技术允许他们在皮牛顿力（pN）的范围内测量连接的张力。1 pN是百万兆分之一牛顿力。在地球上，1 pN是大约一个血液细胞的重量。

 

华盛顿大学的研究人员发现，当Stu2存在时，随着张力增加，这种连接变得更加稳定。随着张力从1pN升高到5pN，连接的持续时间平均从20分钟增加到将近一个小时。然而，当Stu2被移除时，相反的事情发生了。随着张力1 pN增加5 pN，连接持续时间从34分钟下降到8.5分钟。

 

研究人员推测，Stu2似乎是一种“故障安全”机制，确保复制染色体的正确定位，以在细胞分裂时正确地分开。当着丝粒连接的微管来自于细胞的相反方向，并被拉到相反的方向时，它们就产生张力，使Stu2稳固这种连接。

 

但是，如果着丝粒连接到来自细胞相同方向的两根微管，它们或多或少在相同的方向，并产生更少的张力，Stu2采取行动破坏了连接。这使得连接中断，并给出了着丝粒另一个机会，与微管建立一种正确的连接。

 

Stu2 ch-TOG到底是如何这样做的，还有待于发现。有一种理论认为，它沿着叫做手指陷阱（finger trap）的儿童魔术玩具起作用，当你试图拔出插入的手指时，这种编织管会产生更大的力，但是当你把你的手指挤在一起时，它慢慢松开。

 

Biggins说：“这是确定的第一个分子，参与感知张力，以确保细胞继承正确的染色体，所以，在未来我们有可能在治疗中利用其功能获益。”

 

2014年，Whitehead研究所的Iain Cheeseman和Kara McKinley鉴定了CENP-A填充着丝粒时的两个关键蛋白，它们确CENP-A积累发生在正确的时间和地点。这项研究于七月十七日发表在Cell杂志上。

 

SWI/SNF蛋白质复合物——可解开紧紧包裹的DNA，也是细胞分裂的一个强有力的抑制因子。2015年，荷兰乌特勒支大学的研究人员发现了这一重要的抑制因子作用。这一研究成果在线发表于七月二日的《Cell》杂志。

 

2015年10月，研究人员使用来自青蛙和海星的卵子和胚胎，对细胞分裂的机制进行了基础性研究，对于“动物细胞如何控制塑造自己的力量”有了一个意外的发现。相关研究结果发表在《Nature Cell Biology》杂志。