反转再反转！Cell最新报道给之前颠覆性研究提出了新的观点

宾夕法尼亚大学的Michael Lampson实验室的研究表明，在减数分裂(产生卵子和精子的细胞分裂过程)期间，某些蛋白质可能已经进化到抑制“欺骗”的程度。虽然染色体可以使其倾向于在卵子中结束，但该团队的新工作确定了一种机制，使这种可能性接近50%，会降低在卵子生产过程中出现染色体异常的可能性。

　　

   

   

正常情况下，我们认为23条染色体的每一个拷贝都有50%的机会进入我们的生殖细胞——卵子和精子——但事实并非如此。在一项新的研究中，宾夕法尼亚大学的生物学家展示了蛋白质是如何进化来抑制欺骗染色体并使几率接近相等的。

卵子和精子之所以是特殊的细胞有很多原因，但它们的一个特征是，不同于其他人类细胞，它们有两个23条染色体的副本，一条来自母亲，一条来自父亲。

宾夕法尼亚大学的Michael Lampson领导的研究之前表明，这些染色体并不是偶然地传递给配子的，某些因素可以扭转局面，使两个副本中的一个更有可能传给下一代。

在一篇新论文中，Lampson和他的同事揭示了一种在减数分裂中平衡天平的力量，减数分裂是产生配子的细胞分裂过程，使特定的染色体进入可存活卵子的几率接近50%。

这项发表在Cell杂志上的研究发现，虽然存在一种机制让某些染色体在减数分裂期间占上风，但另一种独立的平行途径会抑制这种优势。

研究人员说，在这两种途径中起作用的蛋白质似乎处于一场进化军备竞赛中，有可能避免有偏差的染色体遗传导致卵子的错误和异常，比如非整倍体，或染色体数量异常，后者可能会导致出生缺陷。

“如果我们认为这些进入卵子的染色体是自私的，那么自私意味着它们在最大化自身传播的同时，对整个有机体造成了一定的代价，”Lampson说，“如果有成本，那么可能会有其他基因在压力下抑制自私的基因或抑制成本。”

这项研究旨在寻找抑制通路，2017年的一篇论文中，Lampson实验室提出了一种不对称的机制，这种不对称导致了染色体传递的偏差。他们发现“自私”着丝粒染色体的一部分连接到主轴，更有可能比“无私”着丝粒能够分离和再植的细胞。

然后，在2019年Cell的一篇论文中，研究人员列出了这一过程的更多细节。他们发现，自私的着丝粒能够通过招募特定的蛋白质来破坏纺锤体的稳定，从而使传递发生偏差，这再次增加了最终进入卵子而非极体的机会。这些蛋白质在使着丝粒从纺锤体分离的过程中发挥了作用。

“我们已经了解了自私是如何运作的，”Lampson说，所以在这篇新论文中，“我们想了解抑制是如何运作的。”

早期的研究表明，一些作用于着丝粒的蛋白质在各种动物物种中迅速进化。Lampson和他的同事推测，这种快速进化可能是自私因素和抑制因素之间“军备竞赛”的证据，类似于我们在免疫系统中看到的情况，免疫系统可以快速进化，应对来自病原体的不断变化的威胁。

Lampson说:“在着丝粒上发现大量快速进化的蛋白质非常令人惊讶，因为你可能会认为这些蛋白质高度保守，因为它们在细胞分裂中非常重要，但这是竞赛的一个标志，就像我们在免疫系统中看到的那样：如果自私的着丝粒要欺骗，可能会有蛋白质进化来压制这种抑制。”

研究人员已经知道，偏位染色体传递的效应蛋白是通过一种称为着丝粒通路的途径被招募到着丝粒上的。为了找到抑制途径，他们寻找了异染色质，一种紧密排列的DNA，它也被认为能将蛋白质聚集到着丝粒上。为了测试异染色质途径是否可能平衡着着丝点途径的偏置效应，研究人员选择性地修改了在每个途径中起作用的一种酶。

当他们修改CENP-C蛋白，扰乱着丝点通路时，研究人员观察到自私和非自私着丝点之间的倾斜度下降，在减数分裂完成之前，细胞中的染色体排列更加对称。相反，当他们删除在异染色质途径中参与招募蛋白质的CENP-B蛋白时，染色体的不对称性变得更加明显，自私的着丝粒允许染色体偏位传递给卵子。

“似乎有这些微妙的变化在起作用，因为这两种途径都是必不可少的。你不能杀死着丝粒途径，因为它是细胞分裂的基础，但同时你想减少着丝粒自私的机会。因此，进化似乎是在对这些同时发生的压力做出反应。”

Lampson说，这些发现阐明了存在于我们身体中的进化战场。“我认为这真的很有趣，我们自己的基因组中有这些自私的成分，它们有重要的作用。我们细胞生物学的这些非常基本的方面实际上反映了竞争压力。”

他和同事们希望在后续工作中继续探索自私因素的潜在成本是否会导致配子产生的错误或减数分裂中的其他问题。“雌性不会产很多卵细胞，所以你会认为每一个都很珍贵，我们不想犯任何错误。”但是错误有时也会发生;有时会有太多的染色体进入。那么，错误是否在某种程度上与这些自私因素有关呢?

原文检索：

Parallel pathways for recruiting effector proteins determine centromere drive and suppression

DOI 10.1016 / j.cell.2021.07.037