Nature子刊新研究解开“一个跨越几个世纪的谜”

在细胞分裂过程中，被称为着丝粒的特殊染色体结构域被拉到细胞的另一端。当细胞分裂完成，形成细胞核后，着丝粒在细胞核内空间分布。如果被拉向两极的着丝粒的分布保持不变，则细胞核内的着丝粒仅聚集在细胞核的一侧。这种着丝粒的不均匀分布被称为Rabl构型，以19世纪细胞学家Carl Rabl命名。一些物种的核显示分散分布的着丝粒，这被称为非rabl构型。

通讯作者、东京大学前沿科学研究生院教授Sachihiro Matsunaga说:“几个世纪以来，Rabl或非Rabl构型的生物学功能和分子机制一直是一个谜。”“我们成功地揭示了构建非rabl构型的分子机制。”

研究人员研究了这种植物拟南芥它是一种已知具有非Rabl构型的样本，以及具有Rabl构型的突变体。通过他们的工作，他们发现被称为凝聚蛋白II (CII)的蛋白质复合物和被称为核骨架和共骨架连接蛋白复合物(LINC)在细胞分裂期间共同决定着丝粒的分布。

Matsunaga说:“非rabl构型的着丝粒分布是由CII - LINC复合物和被称为拥挤细胞核(CRWN)的核板蛋白独立调节的。”

研究人员发现的着丝粒分布两步调节机制的第一步是CII-LINC复合物介导着丝粒从后期到末期的分散——细胞分裂末期的两个阶段。该过程的第二步是CRWNs在细胞核内稳定分散在核板上的着丝粒。

接下来，为了探索生物学意义，研究人员分析了基因表达在答:芥以及它的rabl结构突变体。由于着丝粒空间排列的改变也会改变基因的空间排列，研究人员希望发现基因表达的差异，但这一假设被证明是错误的。然而，当施加DNA损伤胁迫时，突变体器官生长速度比正常植株慢。

Matsunaga说:“这表明，对着丝粒空间排列的精确控制对器官生长响应DNA损伤胁迫是必需的，而且非Rabl和Rabl生物对DNA损伤胁迫的耐受性没有差异。”“这表明，无论Rabl构型如何，细胞核中DNA的适当空间排列对应激反应都很重要。”

据松永介绍，下一步是确定能改变特定DNA区域空间排列的动力源，以及识别特定DNA的机制。

他说:“这样的发现将导致人工在细胞核中以适当的空间排列DNA的技术发展。”“通过该技术，不仅可以改变DNA的空间排列方式，而不是修改核苷酸序列，有望创造出抗胁迫的生物，并赋予新的特性和功能。”