Nature子刊新研究解開“一個跨越幾個世紀的謎”

在細胞分裂過程中，被稱為著絲粒的特殊染色體結構域被拉到細胞的另一端。當細胞分裂完成，形成細胞核后，著絲粒在細胞核內空間分布。如果被拉向兩極的著絲粒的分布保持不變，則細胞核內的著絲粒僅聚集在細胞核的一側。這種著絲粒的不均勻分布被稱為Rabl構型，以19世紀細胞學家Carl Rabl命名。一些物種的核顯示分散分布的著絲粒，這被稱為非rabl構型。

通訊作者、東京大學前沿科學研究生院教授Sachihiro Matsunaga說:“幾個世紀以來，Rabl或非Rabl構型的生物學功能和分子機制一直是一個謎。”“我們成功地揭示了構建非rabl構型的分子機制。”

研究人員研究了這種植物擬南芥它是一種已知具有非Rabl構型的樣本，以及具有Rabl構型的突變體。通過他們的工作，他們發現被稱為凝聚蛋白II (CII)的蛋白質復合物和被稱為核骨架和共骨架連接蛋白復合物(LINC)在細胞分裂期間共同決定著絲粒的分布。

Matsunaga說:“非rabl構型的著絲粒分布是由CII - LINC復合物和被稱為擁擠細胞核(CRWN)的核板蛋白獨立調節的。”

研究人員發現的著絲粒分布兩步調節機制的第一步是CII-LINC復合物介導著絲粒從后期到末期的分散——細胞分裂末期的兩個階段。該過程的第二步是CRWNs在細胞核內穩定分散在核板上的著絲粒。

接下來，為了探索生物學意義，研究人員分析了基因表達在答:芥以及它的rabl結構突變體。由于著絲粒空間排列的改變也會改變基因的空間排列，研究人員希望發現基因表達的差異，但這一假設被證明是錯誤的。然而，當施加DNA損傷脅迫時，突變體器官生長速度比正常植株慢。

Matsunaga說:“這表明，對著絲粒空間排列的精確控制對器官生長響應DNA損傷脅迫是必需的，而且非Rabl和Rabl生物對DNA損傷脅迫的耐受性沒有差異。”“這表明，無論Rabl構型如何，細胞核中DNA的適當空間排列對應激反應都很重要。”

據松永介紹，下一步是確定能改變特定DNA區域空間排列的動力源，以及識別特定DNA的機制。

他說:“這樣的發現將導致人工在細胞核中以適當的空間排列DNA的技術發展。”“通過該技術，不僅可以改變DNA的空間排列方式，而不是修改核苷酸序列，有望創造出抗脅迫的生物，并賦予新的特性和功能。”