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神奇科学家首次在动物细胞中观察到微管分 [复制链接]

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彭洋出诊的医院 http://m.39.net/news/a_9222141.html
图片来源:CC0PublicDomain

马萨诸塞大学阿默斯特分校的细胞生物学家ThomasMaresca和高级研究员VikashVerma表示,他们第一次在动物细胞中直接观察和记录到了一种叫做分支微管成核的通路,这是一种在细胞分裂过程中存在的机制,并且已经在细胞提取物和植物细胞中被观察到,但尚未在动物细胞中获得证实。详细内容刊登在九月的JournalofCellBiology杂志上。

在这项由美国国立卫生研究院(NIH)国家普通医学科学研究所(NationalInstituteofGeneralMedicalSciences)资助的研究中,研究人员想要弄清楚果蝇细胞分裂的具体机制,Verma称其为“细胞分裂精准的和完全的法则”。他们最关心的是,微管结构在细胞分裂过程中是如何参与决定细胞该从哪里分裂为两半的。

Maresca解释道:“自从我们能用显微镜观察细胞分裂后,有关这方面的研究已经有很长一段时间了,但直到最近四五十年才变得非常热门。究竟是什么信号告诉细胞该在哪里一分为二呢?细胞是怎么知道该在哪里形成分裂面的?有丝分裂(mitosis)的最终结果,就是细胞真正地一分为二。”

在正常的细胞分裂中,染色体排列在细胞中心附近,纺锤体(spindle)通过着丝粒(kinetochore)与复制后的染色体相互作用,并将其排列整齐。当所有的染色体都排列好后,微管就像拉拉链一样将两条姐妹染色单体拉向细胞两级。然后,细胞在染色体分离的位置处一分为二,并形成两个子代细胞,每一个子代细胞都有亲本细胞基因组的一个完整拷贝。

“微管通常被描述为细胞内纳米尺度的高速公路,在对微管进行观察时,生物学家发现,细胞分裂面位置的确定需要依靠微管的辅助,”Maresca说,“微管在细胞内延伸并接触到细胞膜。Vikash发现微管的生长端,也就是微管的‘正端’接触到细胞膜,并告诉细胞‘这就是你该分裂的地方’。调节蛋白被招募到微管正端接触的地方并开始发挥作用,然后形成一个新的圆环,通过环的收缩最终将一个大的细胞缢裂成两个较小的细胞。”

研究人员还发现,时相在细胞分裂过程中同样扮演着十分重要的角色。“似乎所有的微管末端都具有触发收缩环的能力,”Maresca说,“但是随着时间推移,情况有所变化,仅剩下细胞中部的微管末端还保留着这种能力。”参考今年二月发表在eLife上的工作,他补充道:“我们发现了细胞如何确定分裂位置的十分重要的空间信号。”

Verma表示,细胞分裂过程中,许多微管同时生长,同时收缩,这给观察微管行为的细节带来很大阻碍,“这就像纺锤体中有多条高速公路在同一时间、同一地点交汇在一起,看起来像是一张洛杉矶的高速路地图。”但是通过一种叫做全内反射荧光(TIRF)显微镜的强大工具,Verma可以更清楚地看到每根微管的动态特征。Maresca补充道:“这就像是把拥挤的洛杉矶高速路变成了乡村周末公路。”

于是他们观察到了分支过程。通过多色全内反射荧光显微镜,研究人员可以清楚地观察到分支微管成核过程,并对其进行定量分析。据他们所知,该过程在之前从未被观察到过。“这着实令人振奋!”Verma说。

Maresca说:“当如此美丽的事物呈现在你眼前,你所要做仅仅是跟随它。这项研究的初衷是研究细胞如何确定分裂位置,但是当我们多次清晰地看到这种分支现象时,我们意识到应该对它作更进一步的观察。我们认为在其他细胞模型中看不到我们在果蝇细胞中观察到的现象。这说明了一个事实,每种细胞模型都有其优缺点。在这个研究中,我们观察的细胞和细胞所处的时相恰好为我们提供了一种观察分支过程的独特和美丽的视角。因此,我们能实时地观察到发生在眼前的这一切景象。”

一旦能够观察到整个分支成核过程,他补充道,“我们接下来就可以用不同颜色的荧光染料对调控这一过程的蛋白进行标记,并进一步对这一过程的基础参数进行定量分析。突然我们意识到,这是第一次在活细胞中观察到这一切的发生。”

Maresca指出,分支成核是有丝分裂中最基础且最保守的组成成分之一,但是这一过程在其他细胞模型中很难被直接观察到。“这项研究给我们提了个醒,许多激动人心的成果往往是在偶然之间得到的,而对于显微学家们尤为如此,当你看到细胞中的一些东西在你眼前缓缓展开时,这一切就开始了。”

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