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有絲分裂染色體何以正確分離?

日期:2015-08-10 08:57:08

 染色體負責攜帶我們的基因,并且保護有助于確保正常、健康生長的信息,其攜帶的重要指令,通過一個稱為有絲分裂的過程,在細胞之間進行傳遞。雖然幾十年來這種復制機制已得以很好的理解,但是,科學家一直無法準確地描述,當有絲分裂發生時遺傳信息是如何被保護并正確分離的。

 

最近,來自美國Wistar研究所的一項最新研究發現,蛋白質之間的一種相互作用,在染色體裝配中發揮關鍵作用,以便于重要的遺傳信息能夠被安全地傳遞。這項研究結果發表在八月六日的《Molecular Cell》雜志。延伸閱讀:Nature子刊:細胞分裂的一個關鍵組分得以揭示。

 

為了了解分裂細胞如何保護和忠實地分離已被轉錄的基因,研究人員集中研究一個存在于人類細胞中的蛋白復合物,稱為凝縮蛋白condensin)。這組蛋白質有助于將人類基因組中的20000多個蛋白質編碼基因,壓縮在細胞核內可以放下的結構中。最近的研究發現,凝縮蛋白基因在各種癌癥中是嚴重突變的。這些突變可通過基因表達的調節異常以及染色體不穩定,促進致癌過程。

 

Wistar研究所基因表達與調控項目副教授Ken-ichi Noma博士,研究一個細胞的細胞核破壞如何可以導致癌癥。確定負責保護染色體的蛋白質之間的關系,是我們了解更多關于“致病基因的第一次中斷”的關鍵一步。

 

Noma說:“凝縮蛋白如何能夠裝配有絲分裂染色體的特定結構呢?這種組織如何能促進有絲分裂過程中的分離呢?這是基因組生物學研究所面臨的兩個重要問題。我們相信,這項研究為這些重要的問題,提供了一個分子基礎。”

 

此前,Noma實驗室發現,許多基因與著絲粒有關聯。著絲粒是兩個染色單體(新復制的染色體的拷貝)擺放的位置,以便在有絲分裂過程中進行正確的分離。凝縮蛋白可介導RNA聚合酶III轉錄基因(簡稱聚合酶III基因)和聚合酶II轉錄的“看家”基因的聚類,它們對于每個細胞的正常功能是必要的。然而,科學家們并不知道“凝縮蛋白到底如何被招募來幫助這個過程的”。

 

在這項研究中,Noma及其同事發現了將凝縮蛋白和有絲分裂聯系起來的蛋白質相互作用。通過在酵母中研究有絲分裂,他們確定了一個稱為Cnd2的凝縮蛋白亞基,可直接結合一個蛋白,叫做TATA盒結合蛋白TBP)。TBP是每種轉錄因子類型所必需的一個普通轉錄因子。當Cnd2結合TBP時,它將凝縮蛋白招募到Pol III基因和Pol II轉錄的管家基因上。當這一切發生的時候,凝縮蛋白將這些基因結合到著絲粒上,這樣,當有絲分裂過程中染色質被分開時,遺傳信息仍然受保護,并且是完整的。

 

Noma指出:“這個基因組組織機制,有助于有絲分裂過程中重要遺傳物質的有效傳遞。通過更好地了解這個重要的過程,我們現在可以探討,當這種現象被破壞時所引發疾病的起源。”

 

Wistar研究所主席和CEO、Wistar研究所癌癥中心主任Dario C. Altieri博士說:“這項研究可以拓寬我們對重要生物學過程的基本機制的理解,在這種特殊的情況下,在指細胞分裂過程中的染色體分離。從這一類型研究獲得的信息,對于我們更好地了解人類疾病和潛在的新療法,是十分關鍵的。”

 


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