受精卵中的对称性破坏过程

甚至在受精卵或受精卵可以在多细胞生物的发育过程中开始分裂形成未来组织和器官的子细胞之前，对称的受精卵需要在形状和分子组织中变得不对称或极化。触发线虫蠕虫线虫(秀丽隐杆线虫)受精卵中对称破坏过程的主开关在最近的一项研究中被确定，该研究由机械生物学研究所(MBI)的首席研究员助理教授Fumio Motegi领导。新加坡国立大学(NUS)。这项工作于2019年3月在Developmental Cell上发表。

Aurora-A激酶是秀丽隐杆线虫受精卵中的对称破坏线索与通常在学校教科书中描述的细胞作为完美球形体的简化感知相反，我们体内的细胞呈现不对称或倾斜的物理形状。这种固有的形状不对称作为许多基本细胞过程的重要空间线索，例如它们如何分开或者它们在哪个方向上移动以正常开始和进行。

现在可获得关于当细胞呈现不对称或极化状态时发生的结构和分子水平变化的大量信息。在结构上，细胞获得顶部和底部或前后表面，而在分子水平上，称为极性调节剂的特殊蛋白质组移动到细胞皮层中的不同区域(细胞膜下面的层)。结果，不同的单元区域获得特定的体系结构和功能。

然而，在称为对称性破坏的过程中，关于启动细胞组分的空间分离的“主开关”知之甚少。一个尚未得到答复的核心问题是指导极性调节器走向其目的地的提示。Motegi教授开始解开这个主开关的身份。

通过研究来自线虫蠕虫秀丽隐杆线虫的受精卵对称破裂的过程，他的团队先前揭示了肌动蛋白细胞骨架(由肌动蛋白和肌球蛋白制成的丝状框架)收缩后在皮质上产生的力如何能够指导极性的运动监管机构到他们注定的地点。受精后不久，皮质中的肌动球蛋白收缩使受精卵表面处于紧张状态。在对称性破坏时，空间控制的肌动球蛋白收缩抑制导致表面张力的不平衡，导致皮质细胞骨架网络流动并运输极性调节剂。

在这项研究中，助理教授Motegi和他的新加坡国立大学生物科学博士生彭昭进一步探索了直接打破皮质肌动蛋白收缩中对称性的线索，并导致秀丽隐杆线虫受精卵的极性开始和建立。在使用一种名为RNA干扰的技术来阻断极化过程中涉及的特定蛋白质的合成，并观察活体受精卵中的效应后，他们选择了一种名为Aurora-A(秀丽隐杆线虫中的AIR-1)的蛋白质作为主开关。对称性破坏。

Aurora-A是一种激酶(一种通过向其中添加磷酸盐分子来调节其他蛋白质活性的蛋白质)，通过组装中心体(一种组织微管细丝的细胞器官)来控制细胞分裂中具有众所周知的作用。细胞周期进展。

研究人员确定了一个两阶段过程，Aurora-A通过该过程影响肌动蛋白收缩，从而启动对称性破坏并建立细胞极性。在第一阶段，Aurora-A在中心体周围积聚并抑制周围皮质局部的肌动球蛋白收缩。这会在皮质的不同区域产生力差异，并且由此产生的皮质流将肌球蛋白和其他极性蛋白质传递到受精卵的前部，从而产生前后不对称性。在第二阶段，Aurora-A扩散到细胞质中并抑制整个皮质中的肌动球蛋白收缩。这可以防止进一步的皮层流动或极性调节器的移动，有效地将它们锁定到位。

在评论这些发现时，助理教授Motegi说：“这项研究提供了关于如何触发和建立细胞极性的难题的关键部分。单个主开关Aurora-A创造了覆盖其中一个细胞极的'极光'对称破坏。“

有趣的是，研究小组发现Aurora-A在细胞极化中的作用与其在中心体组装和细胞周期进程中的作用无关。通过与新加坡国立大学同事的富有成效的合作，包括副教授Yusuke Toyama(MBI)和Thorsten Wohland教授(NUS生物科学系)，他们分别带来了他们在激光烧蚀和荧光相关光谱方面的专业知识，他们证明了极光的局部积累 - 无论中心体的参与如何，A足以通过其激酶活性诱导对称性破坏。

Wohland教授使用荧光相关光谱(FCS)研究Aurora-A蛋白在细胞质中的扩散速率，他说：“这项工作很好地说明了动力学测量在发育过程中的重要性。在这里，我们用FCS实现了这一点。 ，一种具有单分子灵敏度的多功能工具，即使在细胞和生物的复杂环境中也能够以良好的空间分辨率确定动力学。

富山副教授强调了多学科方法在获得有意义的结果方面的重要性，他补充说：“这项工作利用了在新加坡国立大学使用基于显微镜的工具的跨部门专业知识。紫外激光诱导'细胞手术'的表现由我们启用对秀丽隐杆线虫受精卵中Aurora-A位置的操纵，以确定其对对称破坏过程的影响。“

最近在该领域的研究已经将异常的Aurora-A激酶活性与癌细胞转化联系起来。研究人员希望这项研究的结果可以帮助揭示这种致病关联。虽然在了解整个细胞极化过程之前仍然存在一些缺失的环节，但鉴定Aurora-A作为控制细胞极化的主开关是向前发现关键的一步，以揭示关于这一重要生物过程的进一步细节。

重要的是，越来越多的证据表明，极化过程是预防细胞中致瘤事件的关键检查点，而这一过程中的失调最终会导致致癌作用的发生。该研究为基于操作和恢复细胞极性的癌症的新型治疗方法的开发奠定了基础。