细胞分裂时染色体出现了什么特殊的物理性质?Nature这篇新研究详细讲解

【字体: 时间:2022年08月05日 来源:Nature

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  来自奥地利科学院分子生物技术研究所Gerlich小组的研究人员发现了一种分子机制,该机制在人类细胞分裂时赋予染色体特殊的物理特性,使它们能够忠实地传递给后代。该团队展示了化学修饰如何在染色体上建立一个尖锐的表面边界,从而使它们能够抵抗纺锤体微管的穿孔。研究结果发表在《自然》杂志上。

  
   

Organization of mitotic chromosomes and spindle microtubules at an early phase of cell division    

细胞分裂早期有丝分裂染色体(紫色)和纺锤体微管(绿色)的组织。在图中所示的不久后,微管将侵入核空间。然而,组蛋白乙酰化调控的染色质压实会阻止染色体被微管穿孔。    

来自奥地利科学院分子生物技术研究所Gerlich小组的研究人员发现了一种分子机制,该机制在人类细胞分裂时赋予染色体特殊的物理特性,使它们能够忠实地传递给后代。该团队还展示了化学修饰如何在染色体上建立一个尖锐的表面边界,从而使它们能够抵抗纺锤体微管的穿孔。   

当细胞分裂时,它们需要精确地将一个基因组拷贝传送到两个子细胞中。忠实的基因组分离需要将极长的染色体DNA分子包装成离散的体,以便它们能够通过有丝分裂纺锤体有效地移动,有丝分裂纺锤体是由数千个微管组成的丝系统。奥地利科学院分子生物技术研究所Gerlich研究组的新发现阐明了有丝分裂染色体是如何抵抗微管产生的持续的推和拉的力量的。“在这个复杂的系统中,通过改变组蛋白乙酰化水平赋予染色体独特的物理性质,组蛋白乙酰化是染色质纤维中的一种化学修饰,”IMBA集团领导人Daniel Gerlich说。

先前的研究表明,在细胞分裂过程中,染色质纤维被一种称为凝缩蛋白的大型蛋白质复合体折叠成环状。然而,单靠凝乳酶的作用并不能解释为什么染色体看起来是一个有着尖锐表面的致密体,而不是一个类似瓶刷的松散结构。一些研究表明,组蛋白乙酰化在调节细胞分裂过程中的压实水平方面发挥作用,但组蛋白乙酰化与凝血酶的相互作用及其功能相关性尚不清楚。“通过我们的工作,我们现在能够从概念上理解这两种机制”。

研究小组通过改变凝血酶和组蛋白乙酰化的水平来研究它们的精确影响。去除凝血酶会破坏细胞分裂时染色体的细长形状,降低它们对拉力的阻力,但不会影响它们的压实水平。将凝血酶耗尽与增加组蛋白乙酰化水平的处理相结合,导致细胞分裂时染色质大量分解,染色体被微管穿孔。

研究人员假设,染色质在细胞周期的大部分时间(当它相对高度乙酰化时)被组织成一种肿胀的凝胶,当乙酰化水平整体下降时,这种凝胶在细胞分裂过程中压缩成一种不可溶的形式。然后,他们开发了一种分析方法,通过将有丝分裂的染色体分裂成小块来探测染色质的溶解度。有丝分裂的染色体片段形成液滴状染色质,但随着乙酰化水平的增加,染色质片段溶解在细胞质中。这些观察结果支持了这样一种模型,即在有丝分裂过程中染色质乙酰化的整体减少建立了具有尖锐相边界的不混溶染色质凝胶,为抗微管穿孔提供了物理基础。

进一步的实验涉及到重组的纯染色质在体外,通过探测各种可溶性大分子对染色质的访问,研究小组发现,不混溶的染色质形成了一个密集的负电荷结构,排除了带负电荷的大分子和微管。

”我们的研究表明,由凝聚蛋白复合物形成的DNA环如何与染色质相分离过程合作,建立能够抵抗纺锤体施加的拉力和推力的有丝分裂染色体。因此,在细胞分裂过程中,组蛋白的去乙酰化赋予了染色体独特的物理特性,这是它们忠实分离所必需的”。

文章标题

A mitotic chromatin phase transition prevents perforation by microtubules


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