Nature Cell Biology：第一次观察植物细胞成形过程

　　

    生物通报道  近日斯坦福华盛顿卡内基研究所与奈良先端科学技术大学院大学的研究人员合作，第一次在植物活细胞中观察到了细胞成形的基本过程。研究论文在线发表在《自然细胞生物学》（Nature Cell Biology）杂志上。

    细胞骨架是指真核细胞中的蛋白纤维网络结构，在维持细胞形态、承受外力、保持细胞内部结构有序性方面起着重要的作用。而微管则是细胞骨架的架构主干。在新研究中研究人员通过观察构成细胞骨架微管的蛋白复合物的募集反应及活性确定了微管的生成过程。

    所有的植物和动物细胞都依赖微管蛋白（tubulin）精细排列形成微管。微管是构成细胞的重要成分，此外还在维持细胞形态，推动细胞移动及细胞分裂中发挥重要作用。为了准确地执行功能，微管需要组装成特异的形态。动物细胞在细胞分裂时通过从中心体放出的纺锤丝（一种微管结构）牵引染色体分离。然而一直以来科学家们对于缺乏中心体的植物细胞形成微管网络的机制却不甚明了。了解植物细胞中分子组成的机制是揭示这一细胞生物学秘密的首要目标。

    斯坦福华盛顿卡内基研究所植物生物学部门的David Ehrhardt说：“在许多细胞中，中心体发挥着微管组织中心的作用。在过去的几十年中心体的排列一直是科学家们研究的焦点，现在我们知道了中心体构建和组织微管排列的机制。但是，许多动物的分化细胞和开花植物的细胞不依赖于中心体构建微管排列。尤其是开花植物根本就没有中心体”
 
    Ehrhardt实验室从前证实植物细胞中个别的微管是从细胞膜内的多个位点产生，它们从生成的位点分离并沿着细胞膜移动与其他微管发生相互作用。过去由于技术局限，无法使构成新微管聚合体的蛋白复合物显像，因而研究人员不能对其分子基础进行研究。

    在新研究中Ehrhardt 和Hashimoto研究小组利用从水母中分离的荧光蛋白对微管蛋白复合物进行标记。研究人员将标记蛋白导入到植物细胞中，利用旋转式共聚焦显微镜观察了微管排列构建的过程。

    Ehrhardt说：“我们观察到一些微管蛋白复合物被招募到中心体位置，在细胞核附近呈星状排列。我们还发现一些微管蛋白复合物分布于细胞膜及微管的侧边。其分布位置通常与它们的活动相关。这表明微管对于其构成蛋白的定位及功能产生了很大的影响。此外，我们还观察到生成的子微管与母微管常呈不同的角度排列或与之平行。角度的改变有可能导致细胞形成新的形态或使其维持原样。”

    研究人员发现在生成新微管后蛋白复合物通常不再停留在原位置，他们推测这些复合物有可能通过新的循环在新的位点再度参与微管构建。此外，科学家们还推测母微管中蛋白复合物的释放与子微管从起始位点的分离有着一定的相关性。

    为了验证他们的假设，研究人员将标记蛋白导入缺乏katanin蛋白的突变细胞中。katanin蛋白是一种可将微管切割成小片段的蛋白。科学家们认为katanin蛋白有可能在蛋白复合物与微管的分离过程发挥了作用。进而研究人员证实缺乏katanin蛋白的子微管无法从生成位点分离，标记的蛋白复合物仍停留在子微管的原位置上。这表明直到katanin蛋白进行切割，子微管与起始位点分离，结构复合物一直与母微管保持联系。

    Ehrhardt 说：“新研究第一次观察了植物及动物细胞中γ微管复合物的动态过程。新发现就有助于我们深入了解植物生长及发育的机制，以及了解人类细胞维持形态及发挥功能的过程。”

（生物通：何嫱）

Ni Sepharose 6 Fast Flow提供最简单、纯手动方式进行组氨酸标签绿色荧光蛋白纯化