《自然》揭示干细胞分裂独立于纺锤体的卵裂沟形成机制

【字体: 时间:2010年09月03日 来源:生物通

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  奥勒冈州大学的一个研究小组发现果蝇细胞分裂时并不是由有丝分裂纺锤体单独发挥作用,皮层蛋白也参与帮助将卵裂沟定位在右侧。研究论文发表在《自然》(Nature)杂志上,揭示了干细胞不对称分裂的新机制。

  

   生物通报道  奥勒冈州大学的一个研究小组发现果蝇细胞分裂时并不是由有丝分裂纺锤体单独发挥作用,皮层蛋白也参与帮助将卵裂沟定位在右侧。研究论文发表在《自然》(Nature)杂志上,揭示了干细胞不对称分裂的新机制。

    研究小组将研究焦点集中到了一种不对称分裂的果蝇神经干细胞——成神经细胞上。从这些果蝇中获得的信息同样适用于其他生物体例如哺乳动物的有丝分裂细胞。

    “它讨论了一个细胞生物学的基本问题即一个细胞如何设置卵裂沟的位置从而导致对称或不对称分裂方式,”奥勒冈大学神经科学研究所负责人、分子生物学研究所和霍华德休斯医学研究所调查员、Chris Doe实验室的博士后成员Clemens Cabernard 说。此外研究小组的成员还包括奥勒冈大学分子生物学研究所的成员、生物化学家Kenneth E. Prehoda。

    研究小组发现成神经细胞有着两种不同的分裂方式,一种是极性复合物诱导的,另一个是纺锤体诱导的。

    奥勒冈研究小组的成员们曾提出了三种不同的假设:一种观点认为来自纺锤极体的微管伸到皮层,传递正/负信号确定卵裂环的位置。另一种观点认为纺锤体中心的微管伸到皮层导致卵裂环的组装(一种由几个蛋白组成的复合体,其中一个称之为肌球蛋白(myosin))。第三个观点则认为兼而有之。过去科学家们认为有丝分裂纺锤体引导卵裂沟的位置。不对称分裂细胞例如果蝇成神经细胞生成不对称纺锤体则能够将卵裂环定位在不对称的位置,而对称分裂细胞则构建了对称的纺锤体。

    “我们发现了卵裂沟在不对称位置定位的新机制,” Cabernard说:“首先,我们通过成组实验方式,排除了卵裂沟完全依赖对称或是不对称有丝分裂纺锤体定位的观点。”

    研究人员首先使用了缺乏星状微管的突变体,微管从纺锤极体伸向皮层,用动态图观察卵裂沟的变化,发现卵裂沟仍然处于不对称位置。

    然后,研究者用靶向药物去除纺锤体,通常在这种条件下细胞会停止分裂,研究人员使用遗传技术使得这些细胞启动细胞分裂。令人惊讶地是,研究者发现参与卵裂沟构建的蛋白以不对称方式定位,将卵裂沟定位在了不对称位置就像野生型成神经细胞一样。“虽然细胞分裂不能完成,细胞分裂点却被准确标记,”Cabernard说:“这告诉我们存在一条不依赖纺锤体的机制。”

    在第三组试验中,研究小组使用遗传突变体旋转成神经细胞的有丝分裂纺锤体,改变纺锤体定位信号。有趣的是研究小组发现这样形成了两个卵裂沟,但只有一个与有丝分裂纺锤体的新定位一致,从而证实了有纺锤体非依赖性的信号存在。进一步的实验揭示一种人类和小鼠神经干细胞分裂相关的皮层蛋白是卵裂沟不对称定位必需的。

    研究人员在试验中密切观察了一种标记蛋白myosin。Cabernard说当细胞开始分裂时,纺锤体是对称的,myosin标记向基底皮层分离,以不对称方式定位。细胞分裂后小的细胞则转化为神经元。

    从前Cabernard 和 Doe证实如果果蝇成神经细胞在非正常情况下以对称方式分裂可生成两个成神经细胞。研究人员认为干细胞卵裂沟的定位确定了是否会生成所需要的神经元。在小鼠神经细胞中同样观察到相似的结果。

(生物通:何嫱)

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