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令人兴奋的研究表明中心粒细胞如何集中细胞分裂过程

地球上的所有生命都依赖于有丝分裂或细胞分裂的过程,其中细胞的染色体含量在两个新细胞之间平均分配。为了发生有丝分裂,必须将每对中的染色体拉开至分裂细胞的相反极。这种作用以称为中心粒的小细胞器为中心,这种细胞器在所有分裂细胞中都很突出。

维也纳大学和维也纳医科大学的合资企业Max Perutz Labs的科学家研究了中心粒如何促进这一过程。发表于“发育细胞”的研究结果有助于解释中心粒在有丝分裂中的作用。

中心粒在它们周围形成密集的径向蛋白质网络,称为周围中心材料(PCM)。该组装在称为中心体成熟的过程中形成称为中心体的结构。中心体包括丝状纺锤体,其必须具有在染色体上起作用的锚定点。这个锚点似乎是中心点本身。

PCM在有丝分裂开始时迅速增加,并且在将微管组织成有丝分裂纺锤体细丝中起基本作用。称为PLK-1和Aurora A / AIR-1的各种蛋白质参与该过程。

有丝分裂纺锤体两侧的纤维必须大小相等。科学家们认为,单靠PCM纤维的自催化生长无法实现这一目标,但也需要中心催化活性来保持双方生长相等。因此,中心体既是这些纤维在染色体分离中起作用的起源和附着位点。

尽管中心粒对于引发中心体形成至关重要,但科学家们并不知道它们如何在有丝分裂过程中为PCM的进一步功能做出贡献。目前的研究使用了一种名为秀丽隐杆线虫的模式生物,这个问题得到了部分回答。这种生物体的优点是它非常大的中心体。

早期中心体去除的结果是PCM停止生长,并且确实在有丝分裂完成时通常发生崩解。因此,中心粒对于启动PCM组装是必不可少的。激光显微外科手术的使用允许在不同阶段的分裂细胞中进行异常精确的切割以去除中心粒,而不会破坏PCM或中心体作为整体,从而可以直接观察对PCM的影响。

在PCM扩增阶段,中心体去除导致中心体生长停止。已经形成的PCM保持完整。然而,有丝分裂纺锤体的强度明显下降,如微管介导的拉力的分解作用所示。发现这是因为迁移的染色体通过微管在弱化的PCM上施加的力。当微管破裂时,PCM保持完整。然而,PLK-1活性的丧失导致PCM的消失。因此,单独使用PLK-1进行有丝分裂中的PCM维持,但是当施加拉力时,中心粒对于维持PCM的强度是必不可少的。

然而,当在中枢期后期去除中心粒时,在前中期,PCM继续保持在原位并且当前的细胞分裂和染色体分离循环完成。然而,没有中心粒,下一个周期未能显示中心体形成。

去除了中心粒的中心体显示出在每对染色体向细胞两极的相反运动的压力下分裂的迹象。因此,发现中心粒在中心体装置上赋予结构完整性,尽管PCM比中心粒本身大约30倍。

研究人员认为,这种功能可能通过中心粒作为蛋白质的附着位点来实现,这种附着位点可以增加PCM的拉伸强度,使其能够承受染色体的拉动。这意味着这些拉伸蛋白的作用有点像钢筋混凝土中的钢筋。

研究作者Triin Laos和Gabriela Cabral说:“我们发现,中心粒消融并没有像我们预期的那样导致PCM立即崩溃。然而,进一步的生长受到严重损害,揭示了中心粒在PCM积累中的关键作用,因此有丝分裂纺锤体组装。

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