《eLife》卵细胞有一个备用计划

　　

   

   

左边显示的是卵细胞中正常的纺锤体，右边显示的是去除动力蛋白后的纺锤体。微管为绿色，染色体为白色，纺锤杆为洋红色。动力蛋白耗竭破坏适当的纺锤体组织。

为了繁殖成功，卵细胞必须完美地分裂。然而，卵细胞分裂是如此容易出错，以至于它们是导致人类流产和出生缺陷的主要原因。

在一项新的研究中，西北大学的研究人员在线虫身上发现了一种以前未知的机制，可以保护它们的卵细胞免受分裂错误的影响。揭示和理解这一隐藏的机制可能最终导致对抗人类不孕症的新策略。

领导这项研究的西北大学的Sadie Wignall说:“在我们的工作之前，某些蛋白质被认为是细胞分裂所必需的。然而，当我们移除这些蛋白质时，我们惊讶地发现了一个以前隐藏的‘备份’机制，当主要蛋白质缺失时，它能够发挥作用。”我们发现了一些其他研究人员没有发现的东西，因为如果主要机制到位，那么你就不会知道备份的存在。”

这项研究今天(3月29日)发表在《eLife》杂志上。

Wignall是西北大学温伯格艺术与科学学院的分子生物科学副教授。Wignall实验室的研究生加布里埃尔·卡文-梅扎(Gabriel Cavin-Meza)是这篇论文的第一作者。

当卵子与精子受精后，产生的胚胎开始迅速分裂，最终发育成一个健康的有机体。然而，如果卵子或精子中的任何一个含有错误数量的遗传物质，那么生物体就不能正常发育。

人体的其他细胞在99%的时间里都能完美地分裂，而卵细胞却很容易莫名其妙地出错。大约10-25%的情况下，卵细胞不正确地分裂，导致错误数量的遗传物质进入胚胎。

为了理解为什么卵细胞更容易出错，Wignall研究了一种足球形状的结构，称为纺锤体，它在卵细胞分裂前组织遗传物质。

“纺锤就像一台机器，”Wignall说。“它将染色体排列起来，然后将它们分开，确保细胞的每一半都有正确数量的染色体。”

纺锤体由称为微管的长绳状结构组成。微管在纺锤体的每一极上聚集成点，使纺锤体形成足球形状。然后微管附着在染色体上，最终将它们分开。

Wignall说:“运动蛋白与微管结合，并沿着微管移动，就像人类用腿走路一样。当微管最初形成时，它们是无序的一团。然后电机利用这种行走运动来推动微管，将它们排列成主轴结构。”

在Wignall的新研究之前，研究人员认为两种运动蛋白(动力蛋白和驱动蛋白12)主要负责这项任务。但当Cavin-Meza从线虫的卵细胞中取出这两种蛋白质时，他看到了令人震惊的事情。

“当我们移除这些蛋白质时，整个纺锤体就被炸开了，”Wignall说。“然后我们惊讶地看到主轴改革。”

在缺乏动力蛋白和驱动蛋白12的情况下，另一种动力蛋白(称为驱动蛋白5)会从隐藏的地方出来执行它的后备任务。最终，这种以前不为人知的机制恢复了纺锤体结构，允许染色体被拉开。

虽然这项研究是在秀丽隐杆线虫(通常被用作繁殖模型)身上完成的，但Wignall相信，类似的机制可能也存在于人类身上。但由于捐赠给科学研究的人类卵细胞太少，研究人员在对人类进行检查之前，会通过对生物模型的研究来探索问题和弄清细节。

“我们研究中的所有成分也存在于人类卵子中，”Wignall说。“纺锤体似乎在人类身上以同样的方式形成，甚至看起来完全一样。如果人类也有这种备份机制，那将非常有趣。”

Multiple motors cooperate to establish and maintain acentrosomal spindle bipolarity in C. elegans oocyte meiosis