华裔女科学家再发Cell子刊解析细胞分裂

　　

生物通报道：来自斯托瓦斯医学研究所等处的研究人员发表了题为“Actin Depolymerization Drives Actomyosin Ring Contraction during Budding Yeast Cytokinesis”的文章，发现在细胞分裂的最后阶段，扮演关键作用的收缩环（contractile ring）虽然也同样是由肌动蛋白和肌球蛋白组成，但是作用机制却完成不同。这一相关成果公布在Developmental Cell杂志上。

领导这一研究的是斯托瓦斯医学研究所的李戎教授，这位华裔女科学家的教育背景几乎都是在数一数二的高校中完成：1988年毕业于耶鲁大学，1992年加州大学旧金山分校获得博士学位，之后到加州大学伯克利分校进行博士后研究，1994年进入哈佛医学院。其研究组主要聚焦于细胞动态的研究，曾发表多篇重要的成果，生物通也曾对其进行过采访：李戎研究组：我们研究的是细胞“动态”。

在这项研究中，李戎研究组将传统的成像技术和遗传分析方法，与一种新型定量显微模式结合起来，从而指出出芽酵母最终细胞分裂过程中，肌动球蛋白环缩紧，将细胞膜拉近，并最终分裂出两个细胞的动力，不是来自之前认为的，肌球蛋白马达滑动，而是与肌动蛋白交联的微丝解聚。

这项研究打破了原有概念，提出了一种新的非肌肉细胞中肌球蛋白结构收缩机制，这种机制不仅在细胞分裂中扮演了重要角色，而且对于许多生物过程，比如细胞形状变化具有重要意义。

“长期以来都认为收缩环是由肌动蛋白和肌球蛋白组成的，这些蛋白就是我们体内帮助肌肉收缩的蛋白”，李教授解释道，“因此顺理成章就会假设这些细胞内结构也具有相同的作用方式。”

肌肉细胞中，肌球蛋白上称为马达结构域的结构能结合肌动蛋白，通过“power stroke”机制产生张力。但是经基因工程处理的，缺乏这一马达结构域的出芽酵母却受到的影响不大。“这个马达结构域被认为在收缩环功能上扮演了关键作用”，文章第一作者Inês Mendes Pinto说，“但是这些酵母细胞却依然可以正常分裂。”

为了解开这个谜题，研究组与斯托瓦斯医学研究所的一位生物数学家：Advisors Boris Rubinstein，以及一位先进显微技术专家：Jay R. Unruh等人展开了合作，由此研发出了一种定量显微分析模型，观察出芽酵母细胞分裂过程中，肌动球蛋白环的特性。

研究人员利用一种药物：Jasplakinolide感染肌动蛋白解聚，导致微丝变短，结果发现了微丝解聚才是真正在酵母细胞分裂过程中的关键作用过程。除此之外，研究人员还通过缺乏肌动蛋白解聚主要因子：cofilin 1的酵母菌，证实了肌动蛋白解聚在环收缩方面的作用。

“这一模型表明出芽酵母细胞分裂主要动力来自肌动蛋白解聚”，李教授说，“而肌球蛋白的主要作用则是促进肌动蛋白解散”，“而且，这一模型也解释了另外一个令人困惑的现象：对于一种细胞类，无论其肌动球蛋白环初始大小是多少，完成细胞分裂的时间都差不多。”

李戎研究组近期还发表文章，证明一种称为Arp2/3复合物的肌动蛋白聚合因子，在肌动蛋白纤维树突状排列形成方面扮演了重要角色，而后者构成了板状伪足的结构骨架，并且有助于推动细胞向前移动。这是首次利用敲除小鼠，以及分化小鼠胚胎干细胞来分析Arp2/3复合物在成纤维细胞运动中的功能。

（生物通：张迪）

原文摘要：

Actin Depolymerization Drives Actomyosin Ring Contraction during Budding Yeast Cytokinesis

Actin filaments and myosin II are evolutionarily conserved force-generating components of the contractile ring during cytokinesis. Here we show that in budding yeast, actin filament depolymerization plays a major role in actomyosin ring constriction. Cofilin mutation or chemically stabilizing actin filaments attenuate actomyosin ring constriction. Deletion of myosin II motor domain or the myosin regulatory light chain reduced the contraction rate and also the rate of actin depolymerization in the ring. We constructed a quantitative microscopic model of actomyosin ring constriction via filament sliding driven by both actin depolymerization and myosin II motor activity. Model simulations based on experimental measurements support the notion that actin depolymerization is the predominant mechanism for ring constriction. The model predicts invariability of total contraction time regardless of the initial ring size, as originally reported for C. elegans embryonic cells. This prediction was validated in yeast cells of different sizes due to different ploidies.