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突变和3-D建模揭示了细胞分裂过程的新结构

2019-04-12 09:16:09 • 来源：

细胞分裂是生物学最基本的过程之一。它使所有生物都能够成长，繁衍并形成复杂的结构。但是科学家仍然不了解这个过程背后的许多细节。

突变和3-D建模揭示了细胞分裂过程的新结构

在细胞分裂之前，它会为每个染色体制作两个拷贝。这些副本称为姐妹染色单体，与细胞核的相对两端对齐并分离，这样一整套就会伴随着将要形成的两个子细胞。在美国国家科学院院刊(PNAS)上发表的一项新研究中，冲绳科学技术研究生院(OIST)的研究人员正在挑战这一过程如何运作的一个关键方面。

该研究的重点是一种叫做cohesin的蛋白质复合物，它的任务是将姐妹染色单体保持在一起，直到细胞开始分裂，然后在细胞分裂并且染色体必须分开时松开。大多数研究人员认为cohesin的形状像一个环，通过环绕染色单体将染色单体结合在一起。但对于Drs。由Yanuida Mitsuhiro教授领导的OIST G0细胞科的Xingya Xu和Norihiko Nakazawa，这个模型的某些方面没有加起来。

Cohesin在一种名为Cut1的酶的帮助下释放染色质。染色质是由DNA和蛋白质组成的大量遗传物质，在真核细胞分裂过程中凝聚形成染色体。当染色体排列后，Cut1酶破坏开放的cohesin，使两个染色单体分离成子细胞。当研究人员在裂殖酵母细胞中突变编码Cut1的基因时，细胞分裂周期就像预期的那样崩溃，因为突变的Cut1无法打开环状的cohesin。然而，理论上，正常的细胞分裂可以通过添加第二个突变来恢复，该第二个突变就像第一个突变的撤消按钮一样，允许酶再次破坏开放的粘连，打开环。

当他们将这第二个突变添加到他们的裂殖酵母细胞时，这不是团队所看到的。相反，携带这两种突变的细胞仍然无法分解cohesin。因为Cut1酶需要cohesin的假定环结构才能正常运作，所以科学家们开始认为cohesin没有研究人员长期以来认为的环形。

“我们感到很惊讶，”Nakazawa博士说，“因为如果cohesin就像染色质周围的环，那么染色单体应该被第二次突变切断。”他补充说，事实并非如此，这表明cohesin可能有不同的结构。

Yanagida教授团队在2003年的先前研究中使用极高分辨率显微镜(原子力显微镜(AFM))检查了原子水平下cohesin结构的某些方面，但这些结果并没有揭示该复合物的所有细节。形状。为了获得更好的图片，OIST团队不得不关注遗传学。

科学家们首先对裂殖酵母细胞中凝聚力的全基因组进行测序，以确定蛋白质与蛋白质相互作用的区域发生突变的位置，以及这些突变如何影响cohesin复合物的结构。这些突变出现在被称为“头部”和“铰链”的cohesin区域，它将蛋白质复合物的两个主要单元固定在一起。它们被认为是在环结构的相对侧，但是对于cohesin本身的进一步基因组分析表明它们可能彼此相邻，这将使得cohesin的环配置不太可能。

Yanagida教授，徐博士和Nakazawa博士提出了一种新模型，称为保持和释放，其中cohesin更像是一个将染色单体保持在适当位置的下颚，然后打开以允许染色质移动，而不需要Cut1打破打开复杂的。

基于cohesin头部和铰链的序列，研究人员构建了蛋白质复合物的三维计算机模型。该模型由东京大学的Ryuta Kanai博士和Chikashi Toyoshima教授创建，表明OIST裂殖酵母研究中的第二个突变不能破坏cohesin - 支持他们在裂殖酵母中的观察结果并添加更多证据表明复杂的不是环形的。

新模型很好地适应了旧研究中cohesin的AFM图像，这表明该分子的长度是预期环结构的一半，并且cohesin是“蝌蚪形状” - 一端较大并且逐渐变细至较薄，对面。

Nakazawa博士和Xu博士仍然没有足够的证据来确定凝聚力的形状。他们还不知道cohesin如何与染色质结合以将其固定到位以及是否需要单个复合物或一对复合物。随着团队探索这些可能性，他们可能更接近于证明他们的新理论 - 甚至可能更好地理解由异常细胞分裂引起的疾病。

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