纺锤体定位的F-肌动蛋白（F-actin）调控极性微管组织中心（pMTOC）的组织和减数分裂纺锤体形成的保真度

本研究针对哺乳动物卵母细胞易发生染色体错误分离导致非整倍体的问题，揭示了纺锤体定位的F-actin通过非传统肌球蛋白MyoX和MyoVIIb介导，调控pMTOC的成簇、排序和锚定，确保减数分裂纺锤体正确组装和染色体精确分离，为理解女性生殖衰老和生育障碍提供了新机制。

　　

在哺乳动物卵母细胞发育过程中，染色体错误分离导致非整倍体形成是一个长期困扰发育生物学的难题，这不仅是流产和先天缺陷的主要遗传病因，更是女性生殖衰老的核心表现。与传统认知不同，卵母细胞缺乏中心粒，其减数分裂纺锤体的组装依赖于大量无中心粒的微管组织中心（MTOCs）组织成两个极性焦点（polar microtubule organizing centers, pMTOCs）。长期以来，学术界认为微管（MTs）及其相关蛋白是调控纺锤体双极性和染色体分离的唯一细胞骨架成分。然而，近年来研究发现纤维状肌动蛋白（F-actin）在卵母细胞减数分裂过程中参与多种功能，包括核定位、染色体捕获和纺锤体迁移等，但其在纺锤体组装中的具体机制和功能仍不明确。

在这项发表于《Nature Communications》的研究中，Edgar J. Soto-Moreno等研究人员通过多种前沿技术手段，揭示了纺锤体定位的F-actin通过调控pMTOC的组织，在保证减数分裂纺锤体组装保真度和染色体准确分离中发挥关键作用。

研究人员运用了以下主要技术方法：使用Cep192-eGFP报告小鼠模型进行活细胞成像，通过超高分辨率STED显微镜观察F-actin与pMTOC的空间关系；采用siRNA敲低和非传统肌球蛋白（MyoX和MyoVIIb）的显性负突变体进行功能缺失研究；开发并应用光切换化合物Optojasp-1进行时空精确的F-actin动态扰动；通过免疫荧光染色、荧光恢复后漂白（FRAP）和三维重建分析pMTOC的数量、体积和空间分布；利用人、牛、猪卵母细胞进行跨物种比较验证。

F-actin regulates pMTOC sorting and clustering

研究人员首先发现F-actin在纺锤体区域形成与pMTOCs密切相关的互连纤维结构。STED超分辨率成像证实F-actin在pMTOCs处显著富集。通过时间推移成像，他们观察到核周F-actin焦点在核膜破裂（NEBD）后减少，同时在纺锤体区域形成新的F-actin纤维，这些纤维与pMTOCs相关联。

当使用细胞松弛素D（CytoD）或latrunculin B（LatB）抑制F-actin聚合时，pMTOCs的成簇（MTOC-MTOC聚集）和排序（MTOC向极区移动和分布）过程受到显著破坏，表现为pMTOC数量增加、体积减小，以及沿纺锤体轴的不适当分散。同样，使用jasplakinolide（Jasp）稳定F-actin动态也产生类似表型，表明F-actin的动态行为对pMTOC组织至关重要。

Spindle-localized F-actin regulates pMTOC sorting and clustering

研究发现纺锤体定位的F-actin依赖于细胞质F-actin池，而非皮质F-actin。通过特异性抑制Formin 2（Fmn2）而非Arp2/3复合物，研究人员证实细胞质F-actin在调控pMTOC组织中的关键作用。

进一步研究发现，非传统肌球蛋白MyoX和MyoVIIb在招募F-actin到纺锤体过程中发挥重要作用。MyoX在纺锤体和pMTOCs处富集，其定位依赖于微管。敲低MyoX或MyoVIIb显著减少纺锤体定位的F-actin，而不影响细胞质或皮质F-actin水平，导致pMTOC排序和成簇缺陷。表达缺乏微管结合能力的MyoX MyTH4突变体或缺乏运动头活性的MyoX头less突变体均破坏了F-actin在纺锤体的定位和pMTOC组织。

MyoX and F-actin organize pMTOCs through a positive feedback mechanism

研究人员提出了一个正反馈机制模型：MyoX首先通过其微管结合域定位到纺锤体和pMTOCs，然后通过其F-actin结合域招募F-actin到纺锤体微管上。一旦F-actin纤维组装，MyoX作为F-actin基础的运动蛋白，沿着F-actin纤维向极区（指向F-actin的barbed端）移动pMTOCs，促进其成簇和排序。

Spindle pole-localized F-actin maintains clustered pMTOCs to prevent chromosome missegregation

超分辨率显微镜揭示了一个以前未记录的F-actin笼状结构包围着已经排序和成簇的pMTOCs。研究发现这个纺锤体极定位的F-actin笼状结构的动态行为对于维持pMTOC的成簇和排序至关重要。选择性破坏纺锤体极区域的F-actin动态导致pMTOC碎片化和沿纺锤体轴的分散。

最重要的是，破坏纺锤体极定位的F-actin导致染色体排列错误、滞后染色体增加，以及非整倍体发生率显著升高，表明这一结构对于确保准确染色体分离至关重要。

本研究突破了传统认知，首次揭示了纺锤体定位的F-actin在哺乳动物卵母细胞减数分裂纺锤体组装中的关键作用。研究人员发现非传统肌球蛋白MyoX和MyoVIIb通过将F-actin招募到纺锤体微管上，建立了调控pMTOC组织的新型机制。这种F-actin-MyoX正反馈机制不仅促进pMTOC的成簇和排序，还通过形成动态的纺锤体极F-actin笼状结构来维持这些过程。

这些发现对理解人类卵母细胞减数分裂错误和非整倍体形成机制具有重要意义，为女性生殖衰老和生育障碍的研究提供了新的视角。研究开发的Optojasp-1光切换技术为时空精确调控F-actin动态提供了强大工具，将在细胞生物学领域产生广泛影响。该研究建立的模型可能也适用于其他具有超数中心体/MTOCs的细胞类型，如癌细胞，为理解中心体簇集的进化保守机制提供了新见解。