塑造著絲粒分布的“世紀(jì)之謎”解開

自1800年代以來，科學(xué)家們已經(jīng)注意到細(xì)胞核中著絲粒的分布問題。著絲粒是一種特殊染色體區(qū)域，對(duì)細(xì)胞分裂至關(guān)重要，但其分布的決定機(jī)制和生物學(xué)意義仍懸而未決。日本東京大學(xué)團(tuán)隊(duì)最近提出了一種塑造著絲粒分布的兩步調(diào)節(jié)機(jī)制。研究表明，細(xì)胞核中的著絲粒結(jié)構(gòu)在維持基因組完整性方面發(fā)揮著作用。研究成果發(fā)表在《自然·植物》上。

在細(xì)胞分裂過程中，一種稱為著絲粒的特殊染色體結(jié)構(gòu)域被拉到細(xì)胞的兩端。細(xì)胞分裂完成并形成細(xì)胞核后，著絲粒則分布在細(xì)胞核中。如果拉向兩極的著絲粒分布保持不變，則細(xì)胞核的著絲粒僅集中在細(xì)胞核的一側(cè)。這種著絲粒的不均勻分布被稱為瑞伯（Rabl）構(gòu)型，以19世紀(jì)細(xì)胞學(xué)家卡爾·瑞伯的名字命名。一些物種的細(xì)胞核反而呈現(xiàn)出分散分布的著絲粒，這被稱為非Rabl構(gòu)型。

研究人員表示，幾個(gè)世紀(jì)以來，Rabl或非Rabl構(gòu)型的生物學(xué)功能和分子機(jī)制一直是個(gè)謎，現(xiàn)在他們成功地揭示了構(gòu)建非Rabl構(gòu)型的分子機(jī)制。

團(tuán)隊(duì)研究了植物擬南芥和一種已知具有非Rabl構(gòu)型的標(biāo)本，其突變形式具有Rabl構(gòu)型。他們發(fā)現(xiàn)，稱為凝聚素Ⅱ（CII）的蛋白質(zhì)復(fù)合物和稱為核骨架與子骨架（LINC）復(fù)合物連接子的蛋白質(zhì)復(fù)合物會(huì)共同作用，以確定細(xì)胞分裂過程中的著絲粒分布。

隨后，團(tuán)隊(duì)分析了擬南芥及其Rabl結(jié)構(gòu)突變體中的基因表達(dá)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)施加DNA損傷壓力時(shí)，突變體的器官生長(zhǎng)速度比正常植物慢，這表明器官生長(zhǎng)需要精確控制著絲?？臻g排列以響應(yīng)DNA損傷壓力，并且非Rabl和Rabl的生物體對(duì)DNA損傷壓力的耐受性沒有差異。這些發(fā)現(xiàn)將帶來技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，以適當(dāng)?shù)目臻g排列方式在細(xì)胞核中人工排列DNA，從而使創(chuàng)造抗壓力生物成為可能，并通過改變DNA的空間排列而不是編輯其核苷酸序列來賦予新的特性和功能。

著絲粒是連接一對(duì)姐妹染色單體的特化DNA序列，主要被視為引導(dǎo)染色體行為的基因座。如文中所說，著絲粒分布有兩種構(gòu)型，但這些構(gòu)型的生物功能和分子機(jī)制幾個(gè)世紀(jì)以來一直是個(gè)謎。此時(shí)擬南芥又出場(chǎng)了，它是進(jìn)行遺傳學(xué)研究的好材料?？蒲腥藛T通過擬南芥發(fā)現(xiàn)了著絲粒分布的兩步調(diào)控機(jī)制，在探索其生物學(xué)意義后，他們意識(shí)到DNA在細(xì)胞核中的適當(dāng)空間排列對(duì)應(yīng)激反應(yīng)很重要，或?qū)⒁龑?dǎo)開發(fā)出新的技術(shù)，用新方法賦予生物體新功能。