《自然》:有丝分裂的关键谜题,终于有答案了

作者: 药明康德内容团队

来源: 学术经纬

发布日期: 2022-08-19 08:18:01

奥地利科学院分子生物学研究所等机构的科学家在《自然》发表的研究中,揭示了组蛋白去乙酰化在有丝分裂过程中对染色体压缩和抵御微管斥力的关键作用。

还记得生物课本上对于有丝分裂过程的描述吗?当细胞由间期进入分裂期,为了将遗传物质平均分配到两个子代细胞中,原本松散的染色质会被压缩成致密的染色体(两个染色单体通过着丝粒相连)。随后,两侧的纺锤体在分裂过程中分别牵引两条染色单体,使得它们高效地向两端移动。在这个确凿的故事中,还有一个尚未得到解决的问题:染色体是如何被压缩,从而被纺锤体顺利地移向细胞两极的?

之所以存在这个问题,要从纺锤体的作用机制说起。纺锤体由数千根微管组成,有趣的是,不同微管会向染色体施加截然相反的作用力:与着丝粒相连的微管提供拉力,将两条染色单体分别向自身这一侧牵引;但其他不接触着丝粒的微管却会施加相反的斥力。不难想象,如果后者占据上风,会导致染色体分配无法顺利进行。

在近期发表于《自然》的研究中,奥地利科学院分子生物学研究所(IMBA)等机构的科学家找到了答案。

他们发现,组蛋白去乙酰化是染色质能够被压缩为致密的染色体、抵御微管斥力的关键。此前的研究表明,在开始分裂的细胞中,染色质在凝缩蛋白(一种蛋白质复合体)的帮助下折叠成环状。不过,凝缩蛋白本身不足以解释为什么染色体会变得如此紧致。另一些研究提出,组蛋白乙酰化起到了调控分裂时染色体紧致程度的作用。但组蛋白乙酰化与凝缩蛋白的相互作用及其功能尚不明确。

为了探究凝缩蛋白与组蛋白乙酰化这两个因素各自对染色体的影响,研究团队进行了控制变量实验。结果,移除凝缩蛋白会在细胞分裂时干扰染色体的拉伸形态、降低对拉力的抵御能力,但不会影响压缩程度。而在移除凝缩蛋白的同时使用抑制组蛋白去乙酰化的药物(即提升组蛋白乙酰化的水平),会导致分裂细胞中大量染色质解除压缩的状态、重新变得松散,这时微管能够贯穿染色体。

由此,研究验证了组蛋白去乙酰化对于维持染色体紧致形态的作用。接下来,研究团队进一步检验了乙酰化水平对染色体状态的影响。他们借助酶将分裂期的染色体切割成小的片段,结果这些染色体片段以液滴的形态存在;但当组蛋白乙酰化水平升高,这些染色体液滴会溶解在细胞质中。这些实验结果表明,有丝分裂时的组蛋白去乙酰化,使得染色体通过相分离处于不可溶的状态,为抵御微管的贯穿奠定了物理基础。

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