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生物学家观察微管如何在动物细胞的新方向上分支

马萨诸塞州阿默斯特大学的细胞生物学家托马斯·马雷斯卡和高级研究员Vikash Verma表示,他们首次在动物细胞中直接观察并记录了一种称为分支微管成核的途径,这种细胞分裂机制已在细胞中成像。提取物和植物细胞但不直接在动物细胞中观察到。细节本月出现在细胞生物学杂志上。

在美国国立卫生研究院国家普通医学科学研究所支持的这项工作中,研究人员开始探索细胞分裂的具体机制,即Verma在果蝇细胞中称之为“忠实和完全分裂的规则”。特别是,他们想要了解称为微管的结构如何帮助定义细胞在分裂过程中分裂成两半的位置。

Maresca解释说:

这已经被研究了很长时间,因为显微镜使细胞分裂成为可能,但非常强烈地持续40或50年。什么是告诉细胞分裂的线索?细胞如何知道放置分割平面的位置?这是有丝分裂的最终结论,即将细胞分成两部分。“

在正常细胞分裂中,染色体排列在细胞中心附近,其中称为纺锤体的结构通过与称为动粒的桥状结构相互作用来对齐每个染色体的拷贝。当所有的染色体都已对齐时,微管就像拉链一样将染色体副本拉开。然后细胞在位于分离的染色体之间的位置处物理分裂以产生两个子细胞,每个子细胞具有基因组的完整拷贝。

Maresca说,在对微管进行成像时,通常被描述为纳米级高速公路,生物学家注意到定位分裂平面的空间线索需要微管。“它们长出来触摸细胞膜内的边缘.Vikash发现管子的生长尖端,触及膜的'加端',对细胞说,'这是分裂的地方。'调节蛋白质被招募到正端接触的位置,并且一条全新的通道组装成一个环状物,像钱包一样收缩,将一个大细胞分成两个较小的细胞。“

研究人员发现,时间也起着重要作用。“似乎所有的微管尖端都具有触发荷包线通道的特殊能力,”Maresca说,“但随着时间的推移,某些东西会发生变化,只有细胞中间的尖端才能保持这种能力。”他在2月份发表在eLife上的工作中补充道,“我们发现我们认为这是一个非常重要的空间线索,因为它是如何定位细胞的分裂平面的。”

Verma说,在细胞分裂过程中可视化微管的行为通常会受到许多微管在整个细胞中同时生长和收缩这一事实的阻碍。“这就像许多高速公路在主轴上聚集在同一个地方和时间。它看起来像洛杉矶的高速公路地图。”但是,通过使用称为全内反射荧光(TIRF)显微镜的强大技术,Verma可以更容易地观察到单个微管的动态特性。马雷斯卡补充说:“我们从紧张的洛杉矶交通堵塞变成了一个周日驾车的乡村道路景观。”

那是他们目睹分支的时候。使用多色TIRF显微镜,研究人员现在可以清楚地看到并定量分析分支微管成核过程。据他们所知,这在动物细胞中从未实时可视化。“这非常令人兴奋,”维尔马回忆道。

Maresca说:“当你在眼前看到如此美丽的东西时,你只需要遵循它。这个项目最初是为了研究细胞如何定义它们分裂的地方,但我们经常看到这种分支现象,因此我们很清楚意识到我们必须更仔细地研究它。我们认为你不可能在其他模型系统中看到分支过程,就像我们的果蝇细胞一样。它突出了每个模型系统都有自己的优势和事实弱点,在这种情况下,我们的细胞和我们对它们进行成像的阶段只是提供了一种独特美丽的鸟瞰分支视图。我们实际上可以在我们的眼前实时看到所有这些。“

一旦他们能够看到细胞中分支成核的整个过程,他补充道,“我们知道我们可以接下来'标记'用不同颜色调节过程的蛋白质,以进一步量化该现象的基本参数。突然间我们意识到这是人们第一次看到活体动物细胞中发生这种情况。“

Maresca指出,分支成核是基本的和保守的,是有丝分裂的重要组成部分之一,但在其他模型系统中直接可视化很困难。“这个项目的过程提醒我们,作为科学家,我们做的一些最激动人心的工作是无计划的,特别是对于显微镜学家来说,首先要看到细胞在眼前展开。”

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