Nature:我們常用的增殖marker竟然是「表面活性劑」!

2021-01-08 生物谷

2016年7月4日訊 /生物谷BIOON/ --來自奧地利科學院分子生物技術研究所的研究人員最近發現一種蛋白質能夠在細胞分裂過程中幫助染色體彼此分離開來。相關研究結果發表在國際學術期刊Nature上。

每天你的體內都有幾十億個細胞在進行分裂。細胞分裂能夠促進身體生長，還會替代皮膚，血液以及腸道等器官中衰老的細胞。細胞分裂要經歷細胞周期中的不同階段，在細胞周期的大部分時間內細胞都在進行基因表達。隨著細胞周期的進行，複製形成的染色體會在紡錘體的作用下逐漸分開。

在細胞進行分裂之前，染色體會進行複製，並發生形態學變化，新形成的兩條染色單體變成類似X形狀，隨著細胞分裂進入後期，兩條染色單體會在紡錘體的作用下各自向細胞兩端移動，最終構成兩個子代細胞的基因組。但是細胞分裂過程中染色體如何保證各自的「獨立性」仍然是一個迷。

由Daniel Gerlich領導的研究團隊發現分裂期細胞內的Ki-67蛋白能夠防止染色體彼此粘連在一起。眾所周知Ki-67是一個表示增殖細胞的標記物分子，常用於癌症診斷過程中細胞異常分裂的檢測，但是人們對Ki-67的功能了解較少。研究人員發現缺失Ki-67的情況下，染色體仍然會正常形成但是所有染色體會變成一團粘在一起無法移動，缺少Ki-67的細胞其分裂過程也會變慢。

研究人員進一步確定了Ki-67 如何促進染色體的分離。文章第一作者Sara Cuylen這樣解釋道：「Ki-67的一端會結合在染色體上，而另一端會伸向遠離染色體的地方，這樣Ki-67就會在染色體表面形成拉長的刷子樣結構，最為重要的是可以形成屏障將不同染色體彼此分開。」研究人員表示，Ki67的這些特性讓人聯想到破壞塵垢和油漬的表面活性劑，他們完全沒想到Ki67在細胞內發揮了類似表面活性劑的功能。

Daniel Gerlich指出表面活性劑機制可能還適用於其他細胞器的空間排列，找到其他具有表面活性劑特性的蛋白分子研究其在細胞內部成分的空間排列方面的作用將有重要意義。（生物谷Bioon.com）

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doi:10.1038/nature18610 

Ki-67 acts as a biological surfactant to disperse mitotic chromosomes

Sara Cuylen, Claudia Blaukopf, Antonio Z. Politi, Thomas Müller-Reichert, Beate Neumann, Ina Poser, Jan Ellenberg, Anthony A. Hyman & Daniel W. Gerlich

Eukaryotic genomes are partitioned into chromosomes that form compact and spatially well-separated mechanical bodies during mitosis1, 2, 3. This enables chromosomes to move independently of each other for segregation of precisely one copy of the genome to each of the nascent daughter cells. Despite insights into the spatial organization of mitotic chromosomes4 and the discovery of proteins at the chromosome surface3, 5, 6, the molecular and biophysical bases of mitotic chromosome structural individuality have remained unclear. Here we report that the proliferation marker protein Ki-67 (encoded by the MKI67 gene), a component of the mitotic chromosome periphery, prevents chromosomes from collapsing into a single chromatin mass after nuclear envelope disassembly, thus enabling independent chromosome motility and efficient interactions with the mitotic spindle. The chromosome separation function of human Ki-67 is not confined within a specific protein domain, but correlates with size and net charge of truncation mutants that apparently lack secondary structure. This suggests that Ki-67 forms a steric and electrostatic charge barrier, similar to surface-active agents (surfactants) that disperse particles or phase-separated liquid droplets in solvents. Fluorescence correlation spectroscopy showed a high surface density of Ki-67 and dual-colour labelling of both protein termini revealed an extended molecular conformation, indicating brush-like arrangements that are characteristic of polymeric surfactants. Our study thus elucidates a biomechanical role of the mitotic chromosome periphery in mammalian cells and suggests that natural proteins can function as surfactants in intracellular compartmentalization.

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