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《发育细胞》报道异位的微管会引起多倍体细胞的试图分裂

来源:清华大学生命学院 2019-05-12 12:16





近日,清华大学生命学院José Carlos Pastor-Pareja课题组在《发育细胞》(Developmental Cell)期刊上发表了题为“血影斑蛋白Shot在果蝇多倍体细胞中维持核周微管网络” (Spectraplakin Shot maintains perinuclear microtubule organization in Drosophila polyploid cells)的研究论文。该论文发现了形成核周微管网络是果蝇多倍体细胞的特征,并揭示了微管结合蛋白Shot对于形成核周微管组织中心的重要作用。

多倍体细胞可存在于二倍体生物体内这一现象在自然界中是广泛存在的,并且常见于癌细胞。多倍体细胞是一种特殊类型的分化细胞,他们通过改变细胞周期从而实现了DNA的不断复制,但却不经历细胞分裂时期。在增殖细胞中,中心体作为微管组织中心(MicroTubule Organizing Center, MTOC)调控着细胞内微管的分布及排列方式。但在分化的细胞中,细胞会在特定位置形成非中心体-微管组织中心从而调控微管的生长及分布。因此,在分化但DNA却不断复制的多倍体细胞中,微管网络是如何分布?以及微管又是如何从中心体上解离?我们对此并不十分清楚。

本项研究利用果蝇遗传学,转基因技术,共聚焦显微镜,透射电镜,体外实验,活细胞成像等技术证明了在果蝇幼虫期的多倍体脂肪体细胞以及其他类型的多倍体细胞中均存在核周微管组织中心 (Perinuclear MTOC, pnMTOC)。进一步研究发现,微管的缺失会引起细胞核变大和位置偏移,说明核周微管组织中心具有维持细胞核大小和位置的作用。血影斑蛋白Shot是pnMTOC的重要组分,在缺失Shot的多倍体细胞中,核周微管组织中心不再绕核,而是在核周一点形成异常聚集的微管组织中心。进一步的实验表明,这个异常聚集的微管组织中心是通过微管马达蛋白Kinesin介导的微管滑动所形成。与此同时,Shot的缺失使多倍体细胞形成类似于分裂沟的细胞质膜向内凹陷的表型,这说明有丝分裂进程在多倍体细胞中被部分激活。因此,微管的异位聚集能够使非分裂的多倍体细胞试图分裂。

此外,在敲低细胞周期调控因子CycE, Cdk2 或者 E2F的多倍体细胞中,核周微管网络不能正常形成。而在由二倍体诱导形成的多倍体细胞中能够形成核周微管组织中心,从而进一步证实了多倍体的核内复制周期与核周微管网络的关系:核内复制周期是形成核周微管网络的必要条件,同时也是充分条件,即核内复制周期足以促进形成核周微管网络。

研究人员还进一步发现了其他核周微管组织中心组分Patronin和Kataninp60-like 1对于形成pnMTOC的作用。微管切割蛋白Kat-60L1将已形成的微管切割成小片段,微管负极结合蛋白Patronin能够与其负端结合并稳定,从而为微管生长提供模板,再通过Shot与核膜蛋白LINC复合物的相互作用将微管锚定到核膜,从而形成核周微管组织中心。

综上所述,本项研究揭示了多倍体化进程与核周微管网络的关系,发现了Shot及其他各组分对于形成和维持核周微管网络的重要作用。

清华大学生命学院José Carlos Pastor-Pareja 研究员为本文的通讯作者,清华大学生命学院PTN项目博士生孙天慧为本文第一作者。清华大学生命学院梁鑫课题组和医学院倪建泉课题组共同合作完成了本项课题。本项研究受到了国家自然科学基金委和清华-北大生命科学联合中心的资助。 (生物谷Bioon.com)

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