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Nat Commun & eLife:科学家成功揭开细胞分裂的奥秘 并阐明特殊蛋白水平升高在癌症发生中扮演的关键角色

来源:本站原创 2020-02-17 22:38

2020年2月18日 讯 /生物谷BIOON/ --近日,刊登在国际杂志Nature CommunicationseLife上的研究报告中,来自普林斯顿大学等机构的科学家们通过研究解开了细胞分类的奥秘,同时还阐明了特殊蛋白质水平的升高在癌症发病过程中扮演的关键角色。

图片来源:Raymundo Alfaro-Aco, Sabine Petry group, Princeton University

文章中,研究人员成功在试管中再现了参与细胞分裂的关键过程,同时揭示了一种关键蛋白在超过25%的癌症类型中所起到的关键作用;相关研究结果或是重建整个细胞分裂机制的关键一步,有望未来帮助研究人员开发有效抑制癌细胞生长的新型疗法。当细胞开始分裂时,一种由数千个称之为微管的细丝组成的纺锤状结构就会附着在染色体上,并将相同数量的细丝牵拉入每个新形成的细胞中,每个微管都是由单个微管蛋白分子组装形成,由于染色体分离的错误会引发癌症,因此其必须在正确的时间和位置组装形成微管,从而才能形成功能性的纺锤体,分支微管成核过程(Branching microtubule nucleation),即一个新的微管从一个现有的微管的侧面形成,其对于这个过程至关重要,因为其能促进细胞形成大量微管,这些微管都会指向染色体使其能被纺锤体所捕获。

分支微管成核过程依赖于多层分子机制,第一层称之为γ-微管蛋白环复合体(γ-TuRC,gamma-tubulin ring complex),其能开启微管蛋白分子组装形成微管,同时另外一种名为augmin复合体的分子能将γ-TuRC招募到已经存在的微管的侧面,蛋白TPX2在超过25%的癌症中水平都会升高,其同样也参与到了分支微管的成核过程,TPX2水平的升高会导致细胞中异常微管的组装以及癌症患者不良的预后,但TPX2如何与augmin复合体和γ-TuRC互相协作来介导分支微管的成核过程以及纺锤体的组装,目前研究人员并不清楚。

研究者Sabine Petry教授说道,为了更好地理解分支微管的成核过程,我们开始使用纯化的蛋白质来重建细胞外的过程;研究人员还描述了他们如何在试管中重现分支微管成核过程,研究者发现,与augmin复合体一样的是,TPX2能结合到微管上并将γ-TuRC招募到起始的分支微管成核过程中,同样,TPX2能够将augmin复合体招募到微管中,从而增强γ-TuRC的招募。

研究者认为,当augmin复合体、TPX2和γ-TuRC都存在时,分支微管的成核过程才会有效发生,TPX2位于控制反应的核心位置,尽管仅有一个单位位于augmin复合体和γ-TuRC所形成的大型多亚单位复合体中;研究者Petry表示,TPX2就好像一种液体,其能促进分支微管的成核过程,具体而言,TPX2能够在现有微管的表面上形成液体层,其会分解为包含微管蛋白的液滴,这就好像蜘蛛网上的晨露一样;研究人员发现,TPX2和微管蛋白能够通过一种相分离机制凝结在一起形成类似液体的液滴,这种分离机制与导致油滴在水中形成的机制相同,这些TPX2-微管蛋白液滴能够形成新的微管,由于液滴会在现有的微管表面上凝结,因此其就会形成分支的微管结构。

研究者King指出,研究结果表明,TPX2和微管蛋白的共缩作用能在已经存在的微管结构上形成一个局部的围观蛋白存储库,这或有望有效促进微管蛋白分支成核的过程。因此,上述两篇研究结果都表明,TPX2是微管分支成核过程的关键,这在此前常常被研究人员所忽视,首先其会移动到微管,将其它所有成分组装起来,最终形成一种分支微管,其这样的做法也会表现地像液体一样。研究者认为,细胞信号或许会调节TPX2的凝聚,从而确保其仅会在细胞分类和需要形成纺锤体时才会发生,关于对TPX2行为的发现可能会指导未来科学家们开发新的方法来调节细胞分裂的过程。此外,分支微管成核过程的重建是重建整个纺锤体以及其它依赖于微管组装途径的细胞结构中重要的一步。(生物谷Bioon.com)

参考资料:

【1】Researchers unlock secrets of cell division, define role for protein elevated in cancer
by Princeton University

【2】Matthew R. King et al, Phase separation of TPX2 enhances and spatially coordinates microtubule nucleation, Nature Communications (2020). DOI:10.1038/s41467-019-14087-0

【3】Raymundo Alfaro-Aco et al. Biochemical reconstitution of branching microtubule nucleation, eLife (2020). DOI: 10.7554/eLife.49797

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