細(xì)胞分裂是生物學(xué)最基本的過(guò)程之一。它使所有生物都能夠成長(zhǎng)，繁衍并形成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。但是科學(xué)家仍然不了解這個(gè)過(guò)程背后的許多細(xì)節(jié)。

在細(xì)胞分裂之前，它會(huì)為每個(gè)染色體制作兩個(gè)拷貝。這些副本稱為姐妹染色單體，與細(xì)胞核的相對(duì)兩端對(duì)齊并分離，這樣一整套就會(huì)伴隨著將要形成的兩個(gè)子細(xì)胞。在美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊(PNAS)上發(fā)表的一項(xiàng)新研究中，沖繩科學(xué)技術(shù)研究生院(OIST)的研究人員正在挑戰(zhàn)這一過(guò)程如何運(yùn)作的一個(gè)關(guān)鍵方面。

該研究的重點(diǎn)是一種叫做cohesin的蛋白質(zhì)復(fù)合物，它的任務(wù)是將姐妹染色單體保持在一起，直到細(xì)胞開(kāi)始分裂，然后在細(xì)胞分裂并且染色體必須分開(kāi)時(shí)松開(kāi)。大多數(shù)研究人員認(rèn)為cohesin的形狀像一個(gè)環(huán)，通過(guò)環(huán)繞染色單體將染色單體結(jié)合在一起。但對(duì)于Drs。由Yanuida Mitsuhiro教授領(lǐng)導(dǎo)的OIST G0細(xì)胞科的Xingya Xu和Norihiko Nakazawa，這個(gè)模型的某些方面沒(méi)有加起來(lái)。

Cohesin在一種名為Cut1的酶的幫助下釋放染色質(zhì)。染色質(zhì)是由DNA和蛋白質(zhì)組成的大量遺傳物質(zhì)，在真核細(xì)胞分裂過(guò)程中凝聚形成染色體。當(dāng)染色體排列后，Cut1酶破壞開(kāi)放的cohesin，使兩個(gè)染色單體分離成子細(xì)胞。當(dāng)研究人員在裂殖酵母細(xì)胞中突變編碼Cut1的基因時(shí)，細(xì)胞分裂周期就像預(yù)期的那樣崩潰，因?yàn)橥蛔兊腃ut1無(wú)法打開(kāi)環(huán)狀的cohesin。然而，理論上，正常的細(xì)胞分裂可以通過(guò)添加第二個(gè)突變來(lái)恢復(fù)，該第二個(gè)突變就像第一個(gè)突變的撤消按鈕一樣，允許酶再次破壞開(kāi)放的粘連，打開(kāi)環(huán)。

當(dāng)他們將這第二個(gè)突變添加到他們的裂殖酵母細(xì)胞時(shí)，這不是團(tuán)隊(duì)所看到的。相反，攜帶這兩種突變的細(xì)胞仍然無(wú)法分解cohesin。因?yàn)镃ut1酶需要cohesin的假定環(huán)結(jié)構(gòu)才能正常運(yùn)作，所以科學(xué)家們開(kāi)始認(rèn)為cohesin沒(méi)有研究人員長(zhǎng)期以來(lái)認(rèn)為的環(huán)形。

“我們感到很驚訝，”Nakazawa博士說(shuō)，“因?yàn)槿绻鹀ohesin就像染色質(zhì)周圍的環(huán)，那么染色單體應(yīng)該被第二次突變切斷。”他補(bǔ)充說(shuō)，事實(shí)并非如此，這表明cohesin可能有不同的結(jié)構(gòu)。

Yanagida教授團(tuán)隊(duì)在2003年的先前研究中使用極高分辨率顯微鏡(原子力顯微鏡(AFM))檢查了原子水平下cohesin結(jié)構(gòu)的某些方面，但這些結(jié)果并沒(méi)有揭示該復(fù)合物的所有細(xì)節(jié)。形狀。為了獲得更好的圖片，OIST團(tuán)隊(duì)不得不關(guān)注遺傳學(xué)。

科學(xué)家們首先對(duì)裂殖酵母細(xì)胞中凝聚力的全基因組進(jìn)行測(cè)序，以確定蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)相互作用的區(qū)域發(fā)生突變的位置，以及這些突變?nèi)绾斡绊慶ohesin復(fù)合物的結(jié)構(gòu)。這些突變出現(xiàn)在被稱為“頭部”和“鉸鏈”的cohesin區(qū)域，它將蛋白質(zhì)復(fù)合物的兩個(gè)主要單元固定在一起。它們被認(rèn)為是在環(huán)結(jié)構(gòu)的相對(duì)側(cè)，但是對(duì)于cohesin本身的進(jìn)一步基因組分析表明它們可能彼此相鄰，這將使得cohesin的環(huán)配置不太可能。

Yanagida教授，徐博士和Nakazawa博士提出了一種新模型，稱為保持和釋放，其中cohesin更像是一個(gè)將染色單體保持在適當(dāng)位置的下顎，然后打開(kāi)以允許染色質(zhì)移動(dòng)，而不需要Cut1打破打開(kāi)復(fù)雜的。

基于cohesin頭部和鉸鏈的序列，研究人員構(gòu)建了蛋白質(zhì)復(fù)合物的三維計(jì)算機(jī)模型。該模型由東京大學(xué)的Ryuta Kanai博士和Chikashi Toyoshima教授創(chuàng)建，表明OIST裂殖酵母研究中的第二個(gè)突變不能破壞cohesin - 支持他們?cè)诹阎辰湍钢械挠^察結(jié)果并添加更多證據(jù)表明復(fù)雜的不是環(huán)形的。

新模型很好地適應(yīng)了舊研究中cohesin的AFM圖像，這表明該分子的長(zhǎng)度是預(yù)期環(huán)結(jié)構(gòu)的一半，并且cohesin是“蝌蚪形狀” - 一端較大并且逐漸變細(xì)至較薄，對(duì)面。

Nakazawa博士和Xu博士仍然沒(méi)有足夠的證據(jù)來(lái)確定凝聚力的形狀。他們還不知道cohesin如何與染色質(zhì)結(jié)合以將其固定到位以及是否需要單個(gè)復(fù)合物或一對(duì)復(fù)合物。隨著團(tuán)隊(duì)探索這些可能性，他們可能更接近于證明他們的新理論 - 甚至可能更好地理解由異常細(xì)胞分裂引起的疾病。