细胞分裂过程中强大而稳定的力量

研究细胞分裂机制的生物学家多年来一直不同意当细胞的分子引擎在细胞内衬着染色体时，有多少力在起作用，准备将复制品绞盘到相反的两极，穿过称为动粒的桥状结构形成两个新细胞。问题是理解细胞如何分裂的基础，马萨诸塞州阿默斯特大学的细胞生物学家Thomas Maresca说。正如他所说，“我们知道在我们理解张力和它们的强度之前我们无法完全理解动粒结构，但是估计已经遍布整个地图。它们的数量级相差数百倍，有些是现在，我认为我们终于得到了答案。“

生物学家指出，正确分离染色体是精确细胞分裂的基本步骤。染色体错误分离导致非整倍性，这是流产和染色体异常的主要原因，并且还与癌症有关。使用两个不同的力传感器来测量划分果蝇细胞内部的相反力，麻省大学阿默斯特分校的Maresca及其同事提出，动粒纤维在动粒上施加数百皮克顿的极向力，从而解决了施加多大力的问题。细节出现在最新一期的Nature Communications中。

Maresca说，在三年多的实验中，产生了超过3,200个数据点，“实验的性质要求在显微镜下可视化许多单个动粒，并进行细致的分析。数据与力非常高一致。纳米尺度的分子马达世界，我们测量的力量非常大。在细胞内有很多不同类型的马达，很多都像短跑运动员，但我们测量的更像是推土机在慢速下产生高力但稳定的速度。我希望我们的结果有助于解决这个长期存在的问题。“

他指出，在正常细胞分裂中，染色体排列在细胞中心附近，其中称为纺锤体的结构使每个染色体的两个拷贝对齐并有助于将它们分开。所有这一切都需要一种称为动粒的桥状蛋白质结构，它保持适当的力或张力，就像桥接电缆在与称为微管的纺锤丝相互作用时稳定染色体。当细胞准备分裂时，分子引擎将染色体拷贝拉开。微管在该过程中也起着积极作用，随着分裂的进行，像香蕉皮一样拉开。

“了解微管和心轴对动粒的作用力是非常重要的，因为它就像一座桥，”Maresca说。“如果你不知道桥梁支撑所需的力量是什么，那么你就错过了这个故事的一个基本部分。你不会想要驾驶过一座桥梁，因为它对作用于它的力量存在很大的不确定性。这个力量问题的确定代表了我们对细胞生物学基本理解的一个主要差距，特别是因为动粒可以说是细胞中最重要的力传导结构;它们就像细胞世界的金门或布鲁克林桥。

对于这项工作，他和研究生Anna Ye和Stuart Cane使用两个不同的力传感器插入动粒。他们在强大的显微镜上成像细胞，检测每个传感器中荧光分子发出的光。一个传感器被设计成当施加力时显示出减少的荧光，而另一个传感器在张力下变得更亮。由于两个传感器都是先前校准的，因此测量的荧光变化对应于施加一定量的力。这两种报告方法达成了一致，使研究人员能够对动力学上施加的力量做出更有力的结论。

“像高速公路上的汽车一样沿着微管道移动的电机在电池中做了很多工作。但是我们的数据让我们相信它实际上是微管道自身能够产生我们测量的力量，”马雷斯卡说。“它强大但不快，我们认为是施加大部分力量的道路，而不是马达。”

在这项工作中，一些数据收集在麻省大学阿默斯特应用生命科学研究所的光学显微镜核心和尼康卓越中心，并得到了马萨诸塞州生命科学中心的支持。资金来自UMass Amherst，March of Dimes Foundation，Charles H. Hood Foundation和NIH National Institute of General Medical Sciences。

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