研究揭示着丝粒的双亚域结构

　　

Kops小组的研究人员与爱丁堡大学的研究人员合作，在着丝粒的结构上有了令人惊讶的新发现，着丝粒是一种确保细胞分裂时染色体正确分离的结构。染色体分离错误可导致细胞死亡和癌症发展。研究人员发现着丝粒由两个子结构域组成。这一基本发现对染色体分离过程具有重要意义，并为癌细胞错误分裂提供了新的机制。这项研究于2024年5月13日发表在《Cell》杂志上。

我们的身体由数万亿个细胞组成，其中大多数细胞的寿命有限，因此需要繁殖以取代旧的细胞。这种繁殖过程称为细胞分裂或有丝分裂。在有丝分裂过程中，亲本细胞会复制其染色体，以便将遗传物质传递给子细胞。由此产生的相同的染色体对，姐妹染色单体，由着丝粒连接在一起。姐妹染色单体需要在两个子细胞上均匀分裂，以确保每个子细胞都是亲本细胞的精确副本。如果在分离过程中发生错误，则一个子细胞的染色体过多，而另一个子细胞的染色体过少。这可能导致细胞死亡或癌症发展。

着丝粒是染色体的一部分，在有丝分裂过程中起着至关重要的作用。姐妹染色单体在细胞上的分裂过程是由着丝粒和纺锤体微管结构之间的相互作用指导的。这些纺锤体微管负责将染色单体分开，从而分离两个姐妹染色单体。第一作者Carlos Sacristan Lopez表示：“如果着丝粒与纺锤体微管的连接不正确，就会导致染色体分离错误，这在癌症中很常见。”这项研究的对着丝粒结构的了解有助于进一步了解着丝粒的功能及其在染色体错误分离中的作用。

为了研究着丝粒的结构，研究人员结合了利用超分辨率成像、捕获-C和聚合物建模技术研究着丝粒结构，并有了惊人新发现。先前认为着丝粒是由附着在多个纺锤体微管上的致密结构组成的，结果表明着丝粒由两个亚结构域组成。

研究证明了脊椎动物着丝粒在有丝分裂期间通过condensins蛋白被分割成两个子结构域。这种双份结构存在于人类、小鼠和鸡的细胞中，因此是脊椎动物着丝粒的基本特征。超分辨率成像和电子断层扫描揭示了双份结构着丝粒组装中，每个亚结构域结合一个不同的微管束。粘连蛋白连接着丝粒子结构域，限制它们在纺锤体力的作用下分离，并避免部分着丝点连接到纺锤丝。着丝粒的双份结构对动粒体功能有重要影响，提供了适应微管动态运动的灵活性，并可能增强错误校正的效率。condensins复合体在形成双份着丝粒结构中起关键作用，粘连蛋白的缺失会导致着丝粒亚区分离，增加次级动粒体附着的风险，这在某些癌症细胞中可能更为明显。研究着丝粒的这种结构对于理解染色体分离的机制至关重要，有助于揭示细胞分裂过程中可能出现的问题，如在癌症细胞中的染色体不稳定性。

“这一发现非常令人惊讶，因为子结构域相互独立地结合微管。然而，要形成正确的附件，它们必须保持紧密联系。然而，在癌细胞中，我们经常观察到亚结构域不偶联，导致错误的附着和染色体分离错误。”这一激动人心的基础性发现有助于我们理解染色体分离错误的起源，染色体分离错误在癌症中很常见。