著名华人女科学家郑诣先Cell破解细胞生物学重要谜题

　　

生物通报道  所有的高中生物学课都会学习构成我们身体的微小细胞，以及它们执行的多种多样的活动。其中一个活动就是有丝分裂（mitosis），在这一过程中细胞通过一系列的步骤将自身分成两个子细胞，每个子细胞都有着相同的遗传物质。

有丝分裂涉及拷贝细胞每一条包含DNA的染色体，然后将它们分离开来，使得每个新生细胞都像它们的母细胞一样具有一套完整的染色体。由于每条染色体都携带着不同的基因，子细胞必须包含所有的这些基因。其中任何一个基因增多都会对子细胞造成损伤。有丝分裂中的一些错误可以导致癌症和其他一些疾病，因此了解细胞分裂的每一个细节其意义不只是基础科学发现。

众所周知，是一种叫做纺锤体（spindle）的结构推动了染色体分离，纺锤体是由一些相互连接的纤维微管所构成。通过DNA复制生成的姐妹染色单体与纺锤体的微管纤维相连接，随后朝着分裂细胞的相反方向分离。通过这种方式，每个子细胞都接受了一套完整的遗传物质。这一过程需要将微管纤维组织成纺锤体样结构。除了微管纤维，纺锤体还包含其他在电镜下可以见到的紧密包装的物质。这些知之甚少的物质被称作是纺锤体基质（spindle matrix），人们认为其对于细胞分裂极为重要。

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现在，来自美国卡内基科学研究所的研究人员将焦点放在了一种叫做BuGZ的特殊纺锤体基质蛋白上。在发表于《细胞》（Cell）杂志上的论文中，研究结果表明BuGZ支持了纺锤体基质和微管的组装。

论文的通讯作者是著名华人女科学家郑诣先( Yixian Zheng)教授，其现为卡内基研究所研究员、霍华德休斯医学研究所研究员、约翰霍普金斯大学生物系教授，美国细胞生物学会理事。近年来，主要研究涉及细胞分裂、干细胞与发育等领域。以通讯作者在Cell, Science , Nature系列杂志发表重要论文近10篇。在国际生物学领域产生了重要的学术影响（延伸阅读：华裔牛人科学家Cell告诉我们衰老从何而来 ）。

该研究小组发现，在纺锤体组装这一情况下，许多拷贝的BuGZ蛋白沿着微管纤维压缩形成了微滴。发生这种压缩是因为BuGZ蛋白的分子可以相互组装，这被称作为相变（phase transition）。在有丝分裂过程中，这些压缩的BuGZ微滴促进了纺锤体基质的装配，生成了另外的微管纤维并将这些纤维连接在一起，由此促进了纺锤体组装。

BuGZ一个进化上保守的疏水部分导致了BuGZ微滴形成，这一部分排斥与周围的细胞液互作。转而BuGZ蛋白自我结合成了这些“内向型”微滴形状。研究小组发现，青蛙和果蝇纺锤体基质中的其他几个蛋白质都有分与BuGZ相似的疏水部分。她们推测，整个纺锤体基质可能是通过这些蛋白的疏水部分自我结合而形成。这可以帮助解释许多看似无关的蛋白为何会组装成纺锤体基质——这是细胞分裂过程的核心谜题之一。

郑诣先说：“由于BuGZ进化上保守，存在于脊椎动物和无脊椎动物中，我们的研究结果为在各种各样生物体中进一步研究纺锤体和它们的基质开启了大门。”

（生物通：何嫱）

作者简介：

郑诣先

1984年毕业于四川大学生物学系，在西南农业大学执教3年后赴美国俄亥俄州立大学攻读分子遗传学博士学位，在果蝇中发现一个与微管蛋白（gamma tubulin，对细胞结构与基本功能至关重要）有关的基因（mip A gene of A. nidulansencodes,Cell, 1991）。随后在美国加州大学旧金山分校做博士后，师从Bruce Alberts教授（美国国家科学院院长），分离和鉴别了r-微管蛋白环形复合体（gamma tubulin ring complex,Nature,1995）。后赴美国卡内基科学研究所任研究员至今，兼任美国约翰霍普金斯大学生物系教授。

郑诣先研究员实验室利用卵母细胞，果蝇及哺乳动物组织培养来研究细胞中心体（微管细胞内成核部位）的结构与功能，在果蝇发现一种微管蛋白包含环状复合体（gTuRC），可在体外使微管成核，并证明其为微管成核的要素。近年来，除研究细胞分裂外，还扩展至干细胞与发育等领域。

目前已发表高水平专业论文80余篇，其中以通讯作者在Cell、Nature、Science杂志上发表研究论文10多篇，在国际生物学领域产生了重要的学术影响。

生物通推荐原文摘要：

Phase Transition of Spindle-Associated Protein Regulate Spindle Apparatus Assembly

Spindle assembly required during mitosis depends on microtubule polymerization. We demonstrate that the evolutionarily conserved low-complexity protein, BuGZ, undergoes phase transition or coacervation to promote assembly of both spindles and their associated components. BuGZ forms temperature-dependent liquid droplets alone or on microtubules in physiological buffers. Coacervation in vitro or in spindle and spindle matrix depends on hydrophobic residues in BuGZ. BuGZ coacervation and its binding to microtubules and tubulin are required to promote assembly of spindle and spindle matrix in Xenopus egg extract and in mammalian cells. Since several previously identified spindle-associated components also contain low-complexity regions, we propose that coacervating proteins may be a hallmark of proteins that comprise a spindle matrix that functions to promote assembly of spindles by concentrating its building blocks.