Nature發現一種前所未知的機制調節分離酶的活性

2021-02-13 生物通


在每個單細胞分裂的過程中，染色體上的遺傳信息必須在新形成的子細胞之間平均分配。分離酶在該過程中起決定性作用。

在每個單細胞分裂的過程中，染色體上的遺傳信息必須在新形成的子細胞之間平均分配。分離酶在該過程中起決定性作用。

近日，來自拜羅伊特大學的Susanne Hellmuth和Olaf Stemmann領導的研究組發現了一個以前未知的機制，該機制可調節分離的活性。相關成果公布在Nature雜誌上，研究人員表示，這些基本機制的發現將有助於我們深入了解染色質遺傳。

對於健康的細胞發育至關重要：分離酶的調節

細胞分裂對於人類的生長和繁殖至關重要。在細胞開始分裂之前，要先複製存儲在染色體上的遺傳信息。完成此過程後，每個染色體均由兩個相同的DNA組成，即姐妹染色單體。Cohesin是由幾種蛋白質組成的環，它圍住每個染色體，並將一對染色單體保持在一起。在準備進行細胞分裂的過程中，這種蛋白就會從染色體臂中去除。但是，只有當染色體中部的Cohesin被分離酶切斷後，姐妹染色單體才能完全分離。然後，染色單體遷移到紡錘體兩端，在那裡它們形成子細胞遺傳基礎。

僅在子細胞不包含遺傳缺陷的情況下才能保證細胞健康發育。為了滿足此條件，分離酶必須在正確的時間激活。如果姐妹染色單體分離太早，則只能隨機分布。然後，產生的子細胞包含錯誤的染色體並死亡，或者它們會發育成腫瘤細胞。只有嚴格控制分離酶才能防止這些遺傳功能異常。

「guardian spirit」抑制姐妹染色單體的過早分離

研究人員發現shugoshin蛋白質（日語為「守護神」）具有這種調節功能。Shugoshin會導致分離酶保持失活，直到合適的Cohesin粘連蛋白分裂時間到來為止。

在這一基礎上，研究人員成功地解決了一個重要的遺傳難題：直到現在，只有蛋白質securin才能抑制分離酶的過早活性。因此，大家相信分離酶僅受securin調節。但是，這種觀點與觀察到的事實相悖，即使不存在securin，分離酶仍可得到適當調節。

最新發表在Nature雜誌上的這項研究提供了解釋：Shugoshin和securin都可以防止分離酶在錯誤的時間啟動染色體的分離過程。如果蛋白失效，那麼即使僅Shugoshin也能調節人細胞中分離酶的活性。

「我們正在處理一種在細胞周期中並不罕見的情況：為了使一個至關重要的過程以一種有序的方式進行，自然界已經通過以兩種或多種不同方式同時控制它來保護它。這有助於這個過程穩健進行，但也難以研究，因為個體幹擾沒有明顯的影響，」作者表示。

參考文獻

Securin-independent regulation of separase by checkpoint-induced shugoshin–MAD2

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