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華裔女科學(xué)家再發(fā)Cell子刊解析細(xì)胞分裂

日期:2012-06-13 08:08:09

來(lái)自斯托瓦斯醫(yī)學(xué)研究所等處的研究人員發(fā)表了題為“Actin Depolymerization Drives Actomyosin Ring Contraction during Budding Yeast Cytokinesis”的文章,發(fā)現(xiàn)在細(xì)胞分裂的最后階段,扮演關(guān)鍵作用的收縮環(huán)(contractile ring)雖然也同樣是由肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白組成,但是作用機(jī)制卻完成不同。這一相關(guān)成果公布在Developmental Cell雜志上。

 

領(lǐng)導(dǎo)這一研究的是斯托瓦斯醫(yī)學(xué)研究所的李戎教授,這位華裔女科學(xué)家的教育背景幾乎都是在數(shù)一數(shù)二的高校中完成:1988年畢業(yè)于耶魯大學(xué),1992年加州大學(xué)舊金山分校獲得博士學(xué)位,之后到加州大學(xué)伯克利分校進(jìn)行博士后研究,1994年進(jìn)入哈佛醫(yī)學(xué)院。其研究組主要聚焦于細(xì)胞動(dòng)態(tài)的研究,曾發(fā)表多篇重要的成果,生物通也曾對(duì)其進(jìn)行過(guò)采訪:李戎研究組:我們研究的是細(xì)胞“動(dòng)態(tài)”。

 

在這項(xiàng)研究中,李戎研究組將傳統(tǒng)的成像技術(shù)和遺傳分析方法,與一種新型定量顯微模式結(jié)合起來(lái),從而指出出芽酵母最終細(xì)胞分裂過(guò)程中,肌動(dòng)球蛋白環(huán)縮緊,將細(xì)胞膜拉近,并最終分裂出兩個(gè)細(xì)胞的動(dòng)力,不是來(lái)自之前認(rèn)為的,肌球蛋白馬達(dá)滑動(dòng),而是與肌動(dòng)蛋白交聯(lián)的微絲解聚。

 

這項(xiàng)研究打破了原有概念,提出了一種新的非肌肉細(xì)胞中肌球蛋白結(jié)構(gòu)收縮機(jī)制,這種機(jī)制不僅在細(xì)胞分裂中扮演了重要角色,而且對(duì)于許多生物過(guò)程,比如細(xì)胞形狀變化具有重要意義。

 

“長(zhǎng)期以來(lái)都認(rèn)為收縮環(huán)是由肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白組成的,這些蛋白就是我們體內(nèi)幫助肌肉收縮的蛋白”,李教授解釋道,“因此順理成章就會(huì)假設(shè)這些細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)也具有相同的作用方式。”

 

肌肉細(xì)胞中,肌球蛋白上稱為馬達(dá)結(jié)構(gòu)域的結(jié)構(gòu)能結(jié)合肌動(dòng)蛋白,通過(guò)“power stroke”機(jī)制產(chǎn)生張力。但是經(jīng)基因工程處理的,缺乏這一馬達(dá)結(jié)構(gòu)域的出芽酵母卻受到的影響不大。“這個(gè)馬達(dá)結(jié)構(gòu)域被認(rèn)為在收縮環(huán)功能上扮演了關(guān)鍵作用”,文章第一作者Inês Mendes Pinto說(shuō),“但是這些酵母細(xì)胞卻依然可以正常分裂。”

 

為了解開(kāi)這個(gè)謎題,研究組與斯托瓦斯醫(yī)學(xué)研究所的一位生物數(shù)學(xué)家:Advisors Boris Rubinstein,以及一位先進(jìn)顯微技術(shù)專家:Jay R. Unruh等人展開(kāi)了合作,由此研發(fā)出了一種定量顯微分析模型,觀察出芽酵母細(xì)胞分裂過(guò)程中,肌動(dòng)球蛋白環(huán)的特性。

 

研究人員利用一種藥物:Jasplakinolide感染肌動(dòng)蛋白解聚,導(dǎo)致微絲變短,結(jié)果發(fā)現(xiàn)了微絲解聚才是真正在酵母細(xì)胞分裂過(guò)程中的關(guān)鍵作用過(guò)程。除此之外,研究人員還通過(guò)缺乏肌動(dòng)蛋白解聚主要因子:cofilin 1的酵母菌,證實(shí)了肌動(dòng)蛋白解聚在環(huán)收縮方面的作用。

 

“這一模型表明出芽酵母細(xì)胞分裂主要?jiǎng)恿?lái)自肌動(dòng)蛋白解聚”,李教授說(shuō),“而肌球蛋白的主要作用則是促進(jìn)肌動(dòng)蛋白解散”,“而且,這一模型也解釋了另外一個(gè)令人困惑的現(xiàn)象:對(duì)于一種細(xì)胞類,無(wú)論其肌動(dòng)球蛋白環(huán)初始大小是多少,完成細(xì)胞分裂的時(shí)間都差不多。”

 

李戎研究組近期還發(fā)表文章,證明一種稱為Arp2/3復(fù)合物的肌動(dòng)蛋白聚合因子,在肌動(dòng)蛋白纖維樹(shù)突狀排列形成方面扮演了重要角色,而后者構(gòu)成了板狀偽足的結(jié)構(gòu)骨架,并且有助于推動(dòng)細(xì)胞向前移動(dòng)。這是首次利用敲除小鼠,以及分化小鼠胚胎干細(xì)胞來(lái)分析Arp2/3復(fù)合物在成纖維細(xì)胞運(yùn)動(dòng)中的功能。

 


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