对张力敏感的分子有助于细胞准确地分割染色体

华盛顿大学和弗雷德哈钦森癌症研究中心的研究人员于5月5日在该杂志上发表报告称，一种对张力敏感的“失败安全”蛋白质有助于确保当我们的细胞分裂后，这两种细胞继承了正常数量的染色体。细胞。当细胞分裂时，在称为有丝分裂的过程中，分裂细胞会复制每个染色体。然后它分配它们，使每个子细胞遗传每个染色体的一个拷贝。

如果这个过程失败并且一个子细胞最终染色体太多而另一个子细胞染色太少，则所得细胞会死亡，出现故障，或者在某些情况下会变成癌细胞。实际上，这种称为非整倍性的病症是肿瘤细胞中最常见的遗传异常。

在本周报道的研究中，研究人员展示了一种涉及有丝分裂的关键蛋白如何帮助防止细胞分裂过程中染色体的异常分布，从而降低非整倍性的风险。

“该研究结果为细胞分裂过程提供了新的见解，并可能指导针对分裂机制的新型化疗药物的开发，”主要作者，Susan Biggins实验室的博士后研究人员Matthew Miller在Fred Hutchinson癌症中说。研究中心的基础科学部门，该论文的高级作者，华盛顿大学生理学和生物物理学副教授Charles L. Asbury。

该分子在人体中称为ch-TOG，是一种参与感知两组染色体是否正确定位的蛋白质，因此它们在分裂之前将被吸引到细胞的相对侧。

这种蛋白质之所以得名，是因为它是由结肠和肝癌过度活跃的基因产生的，称为结肠 - 肝肿瘤过度表达的基因(ch-TOG)。ch-TOG的版本出现在许多不同的物种中，表明它对正常细胞功能的重要性。为方便起见，威斯康星大学的研究人员研究了酵母中发现的一种叫做Stu2的蛋白质。

Stu2在细胞准备通过复制每个染色体进行分裂后发挥作用，这些染色体成对保持在一起。每个染色体都含有一个蛋白质复合物，形成一个叫做动粒的结构，一个运动控制中心。

当分离染色体对时，称为微管的细线状细丝从细胞的相对侧延伸并与动粒连接。通常，来自细胞一侧的微管从成对染色体之一锁定到动粒上，而来自细胞另一侧的微管从另一对成对染色体上锁定到动粒上。

然后当两个微管开始拉动时，复制的染色体分开并且每个都被吸引到细胞的相对侧。作者发现Stu2是这种动粒结构的关键部分。

为了阐明Stu2的功能，研究人员分离了动粒并将它们附着在微观珠子上，然后用强激光束固定到位，这种技术称为激光阱。一旦他们将珠子固定到位，研究人员就可以将微管连接到有或没有Stu2的动粒上。

然后，他们将微管从珠子上拉开，逐渐增加张力，直到连接断开。该技术允许它们在微微牛顿(缩写为pN)的范围内测量连接处的张力。pN是牛顿的万亿分之一。1 pN大致是地球上单个血细胞的重量。

威斯康星大学的研究人员发现，当Stu2出现时，随着张力的增加，连接变得更加稳定。当张力从1 pN上升到5 pN时，连接的寿命平均从20分钟增加到接近1小时。然而，当Stu2被移除时，恰恰相反。随着张力从1 pN增加到5 pN，附着寿命从34分钟下降到8.5分钟。

研究人员推测，Stu2似乎是一种“失败安全”机制，可确保重复的染色体正确定位，以便在细胞分裂时正确拉开。当动粒附着的微管来自细胞的相对侧并向相反方向拉动时，它们产生张力，导致Stu2稳定连接。

然而，如果动粒从细胞的同一侧连接到两个微管上，它们或多或少地在相同的方向上产生较小的张力，Stu2会使附着不稳定。这允许连接断开并给动粒另外的机会与微管建立正确的连接。

究竟Stu2和ch-TOG如何做到这一点还有待弄清楚。一种理论是，它沿着儿童玩具的线条工作，称为手指陷阱，这是一种编织管，当你试图将你的插入的手指分开时会施加更大的力量，但是当你将手指伸到一起时就会松开。

“这是第一个被识别的分子，它涉及感知张力，以确保细胞继承正确的染色体，”Biggins说，“因此，未来有很大的潜力可以利用其功能获得治疗效益。