Nature封面文章：不平等的遗传

　　

生物通报道  分享的观念是我们大多数人从小就被教导的基本社会准则。通常，我们被告知要彼此平等地分享。分享这一概念也适用于细胞；在细胞分裂过程中它们需要分享信息才能正确发挥功能。但就细胞来说，交换信息并不总是平等的。在不对称细胞分裂过程中，储存信号分子的囊泡——核内体（endosomes）只会进入到一个子细胞中。

日内瓦大学(UNIGE)的研究人员几年前就已经发现了这一现象，但他们并不知道这种不平等分享背后的机制。现在，Marcos Gonzalez-Gaitan教授的研究小组阐明了核内体是如何知道去到哪个细胞及在物理上如何做到这一点的。研究结果可进一步帮助了解肿瘤的形成。这项研究被选为封面文章发布在最新一期（12月10日）《自然》（Nature）杂志上。

在活细胞中，信息被编码在决定它们命运的信号分子内。这一“软件”指示了细胞怎样去做。在细胞分裂过程中，这一信息以两种不同的方式被处理：对称或是不对称。在对称分裂过程中，母细胞内的信息被平等地传递给两个子细胞。在不对称分裂过程中，两个子细胞彼此不同。例如，就干细胞来说，一个子细胞是母细胞的复制副本，变成另一个干细胞；而另外的那个子细胞则有着不同的命运，在器官中变成特化细胞执行某种功能（延伸阅读：陈昕博士Cell发布表观遗传重要发现 ）。

日内瓦大学科学院生物化学系Marcos Gonzalez-Gaitan研究小组现在报告了一种机制，解释了不对称分裂的运作机制。这项研究证实，不论哪种类型的细胞分裂，细胞内的支架结构——中心纺锤体对发送这一信号信息起重要作用。这一支架是由聚集在细胞中央的微管构成。微管具有正极和负极。正极指向中心。储存信息分子的核内体利用了这些微管作为运输路线，就像在单行道上一样它们沿着微管移动。这一分子运载工具的“马达”是Klp98A蛋白。由于正极充当了方向标志，核内体走向细胞的中心。

不对称纺锤体意味着不对称的分配

两种蛋白在微管上起作用，导致了中心纺锤体不对称。解聚蛋白Klp10A可从负极端切断微管。另一方面，Patronin覆盖着负极端，阻止Klp10A切断微管。不对称分裂细胞的一边具有更多的Patronin，在细胞的这边切断微管负极端遭受阻碍。因此，这边将具有更多的微管。可将这种布局比作一条双向公路，有更多的车道通向一个方向。如果司机随意进入这一高速公路，他将更有可能去到有更多车道通向的终点。

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对于细胞来说，这种不对称意味着有更多微管指向一个子细胞而非另一个子细胞，转而这极化了核内体的运动，因为“汽车发动机” Klp98A使得核内体向着这一细胞移动。研究人员想知道是否有可能逆转这一过程。在纳米抗体的帮助上他们做到了这一点。利用微小的、非常简单的抗体，他们困住Patronin使之远离通常富集的细胞一边，突然更多的微管指向了另一个细胞。这一倒转纺锤体按相反的错误方向送出了核内体。这样，科学家们就像修路工人一样改变了高速公路一个方向的车道数量。论文的第一作者Emmanuel Derivery,说：“这向我们证实了，核内体可以被愚弄，我们可以按相反的方向发送它们。这意味着实际上是纺锤体的极性协调了核内体的极性。”

为了能够分析大量不同的细胞，研究人员开发出了自己的软件。让计算机自身测量纺锤体大小和微管上核内体的移动速度，所有均基于利用一种转盘式共聚焦显微镜生成的这一过程的影像。研究人员证实了，这一不对称分配机制在包括果蝇神经干细胞和肠干细胞，斑马鱼脊髓神经前体细胞等不同细胞中完全一样的发挥作用。Marcos Gonzalez-Gaitan说：“这让我们极好地认识了，在不对称细胞分裂过程中一个典型的普通细胞发生了什么，由于是计算机完成的工作我们以完全无偏移的方式获得了这一信息。”

Marcos Gonzalez-Gaitan确信，这些研究结果也会对癌症研究产生影响。“如果干细胞不能正常地进行不对称细胞分裂，肠道或皮肤等器官中的细胞增殖无法继续逐渐地补充死亡的细胞，而呈指数级上涨。这种失控的生长有可能最终导致了肿瘤。”因此了解不对称细胞分裂的分子机制和物理学至关重要。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Polarized endosome dynamics by spindle asymmetry during asymmetric cell division

During asymmetric division, fate determinants at the cell cortex segregate unequally into the two daughter cells. It has recently been shown that Sara (Smad anchor for receptor activation) signalling endosomes in the cytoplasm also segregate asymmetrically during asymmetric division1, 2. Biased dispatch of Sara endosomes mediates asymmetric Notch/Delta signalling during the asymmetric division of sensory organ precursors in Drosophila1. In flies, this has been generalized to stem cells in the gut3 and the central nervous system1, and, in zebrafish, to neural precursors of the spinal cord4. However, the mechanism of asymmetric endosome segregation is not understood. Here we show that the plus-end kinesin motor Klp98A targets Sara endosomes to the central spindle, where they move bidirectionally on an antiparallel array of microtubules. The microtubule depolymerizing kinesin Klp10A and its antagonist Patronin generate central spindle asymmetry. This asymmetric spindle, in turn, polarizes endosome motility, ultimately causing asymmetric endosome dispatch into one daughter cell. We demonstrate this mechanism by inverting the polarity of the central spindle by polar targeting of Patronin using nanobodies (single-domain antibodies). This spindle inversion targets the endosomes to the wrong cell. Our data uncover the molecular and physical mechanism by which organelles localized away from the cellular cortex can be dispatched asymmetrically during asymmetric division.