Nat Commun & eLife:科學家成功揭開細胞分裂的奧秘 並闡明特殊...

2020年2月18日 訊 /生物谷BIOON/ --近日，刊登在國際雜誌Nature Communications和eLife上的研究報告中，來自普林斯頓大學等機構的科學家們通過研究解開了細胞分類的奧秘，同時還闡明了特殊蛋白質水平的升高在癌症發病過程中扮演的關鍵角色。

圖片來源：Raymundo Alfaro-Aco, Sabine Petry group, Princeton University

文章中，研究人員成功在試管中再現了參與細胞分裂的關鍵過程，同時揭示了一種關鍵蛋白在超過25%的癌症類型中所起到的關鍵作用；相關研究結果或是重建整個細胞分裂機制的關鍵一步，有望未來幫助研究人員開發有效抑制癌細胞生長的新型療法。當細胞開始分裂時，一種由數千個稱之為微管的細絲組成的紡錘狀結構就會附著在染色體上，並將相同數量的細絲牽拉入每個新形成的細胞中，每個微管都是由單個微管蛋白分子組裝形成，由於染色體分離的錯誤會引發癌症，因此其必須在正確的時間和位置組裝形成微管，從而才能形成功能性的紡錘體，分支微管成核過程（Branching microtubule nucleation），即一個新的微管從一個現有的微管的側面形成，其對於這個過程至關重要，因為其能促進細胞形成大量微管，這些微管都會指向染色體使其能被紡錘體所捕獲。

分支微管成核過程依賴於多層分子機制，第一層稱之為γ-微管蛋白環複合體（γ-TuRC，gamma-tubulin ring complex），其能開啟微管蛋白分子組裝形成微管，同時另外一種名為augmin複合體的分子能將γ-TuRC招募到已經存在的微管的側面，蛋白TPX2在超過25%的癌症中水平都會升高，其同樣也參與到了分支微管的成核過程，TPX2水平的升高會導致細胞中異常微管的組裝以及癌症患者不良的預後，但TPX2如何與augmin複合體和γ-TuRC互相協作來介導分支微管的成核過程以及紡錘體的組裝，目前研究人員並不清楚。

研究者Sabine Petry教授說道，為了更好地理解分支微管的成核過程，我們開始使用純化的蛋白質來重建細胞外的過程；研究人員還描述了他們如何在試管中重現分支微管成核過程，研究者發現，與augmin複合體一樣的是，TPX2能結合到微管上並將γ-TuRC招募到起始的分支微管成核過程中，同樣，TPX2能夠將augmin複合體招募到微管中，從而增強γ-TuRC的招募。

研究者認為，當augmin複合體、TPX2和γ-TuRC都存在時，分支微管的成核過程才會有效發生，TPX2位於控制反應的核心位置，儘管僅有一個單位位於augmin複合體和γ-TuRC所形成的大型多亞單位複合體中；研究者Petry表示，TPX2就好像一種液體，其能促進分支微管的成核過程，具體而言，TPX2能夠在現有微管的表面上形成液體層，其會分解為包含微管蛋白的液滴，這就好像蜘蛛網上的晨露一樣；研究人員發現，TPX2和微管蛋白能夠通過一種相分離機制凝結在一起形成類似液體的液滴，這種分離機制與導致油滴在水中形成的機制相同，這些TPX2-微管蛋白液滴能夠形成新的微管，由於液滴會在現有的微管表面上凝結，因此其就會形成分支的微管結構。

研究者King指出，研究結果表明，TPX2和微管蛋白的共縮作用能在已經存在的微管結構上形成一個局部的圍觀蛋白存儲庫，這或有望有效促進微管蛋白分支成核的過程。因此，上述兩篇研究結果都表明，TPX2是微管分支成核過程的關鍵，這在此前常常被研究人員所忽視，首先其會移動到微管，將其它所有成分組裝起來，最終形成一種分支微管，其這樣的做法也會表現地像液體一樣。研究者認為，細胞信號或許會調節TPX2的凝聚，從而確保其僅會在細胞分類和需要形成紡錘體時才會發生，關於對TPX2行為的發現可能會指導未來科學家們開發新的方法來調節細胞分裂的過程。此外，分支微管成核過程的重建是重建整個紡錘體以及其它依賴於微管組裝途徑的細胞結構中重要的一步。（生物谷Bioon.com）

參考資料：

【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