肌動蛋白絲控制植物細胞分裂時結構的形狀

2020-12-23 孜然實驗室

當肌動蛋白絲破裂時,通常向細胞中心收縮的成膜體會異常變寬(藍色箭頭),並且細胞板的形狀也會改變(橙色箭頭)。通常,細胞板從中心向邊緣擴散,但如果沒有肌動蛋白絲,點狀逐漸連接並形成細胞板。上圖和下圖的在分裂結束時間有所不同,因為當肌動蛋白絲被破壞時,細胞板的膨脹逐漸減慢。圖片:Takumi Higaki副教授

日本熊本大學(Kumamoto University)的一個研究小組使用顯微視頻分析技術,對植物細胞分裂的機理有了更深入的了解。該視頻揭示了成膜體(phragmoplast)的形狀(在兩個分裂的植物細胞之間形成分隔的細胞結構)是由肌動蛋白絲控制的。

研究人員分析胞質分裂時成膜體行為時獲得了新發現:子細胞的物理分離是從哪一點開始的。他們知道成膜體形狀變化只有30秒時間。儘管已經對植物細胞分裂機制進行了深入研究,但肌動蛋白絲在該過程中所起的作用似乎以前被忽略了。

在植物細胞分裂過程中,一個稱為細胞板的分區出現在兩個染色體之間,並擴展以將細胞分為兩部分。細胞板是由成膜體產生的,成膜體僅在細胞分裂過程中出現,含有微管和肌動。已知微管在成膜體的形成中起主要作用,因為用化學物質破壞微管會導致細胞板無法形成。另一方面,肌動蛋白絲的作用還沒有被很好地理解,因為肌動蛋白絲的破壞不會引起成膜體或細胞板的任何明顯變化。

左:正常,右:破壞肌動蛋白絲

Takumi Higaki博士和研究生Keisho Maeda使用顯微鏡視頻分析檢查了肌動蛋白絲破裂後在成膜體和細胞板中發生的變化,他注意到成膜體在創建後立即變得異常寬大。(正常的成膜體朝著細胞中心收縮。)有趣的是,這種變化在其產生後僅30秒就可以被觀察到,此後肌動蛋白絲破裂的影響變得不那麼明顯。此外,僅當成膜體的形狀改變時,細胞板的形狀才改變。這些發現表明肌動蛋白絲通過控制新的成膜體發育而參與細胞板的形成。

細胞板出現在成膜體中。圖片:Takumi Higaki副教授

此外,研究人員還檢查了幾種認為由成膜體運輸到細胞板上的蛋白質的行為,這些蛋白質負責成膜體的擴增。當肌動蛋白絲被破壞時,發現一些蛋白質可以加速向細胞板轉運。據認為,成膜體具有兩個階段,即「童年」和「青春期」。肌動是塑造童年成膜體所必需的,但在青春期則不需要。顯然,細胞最終將在沒有肌動蛋白絲的情況下正常分裂,但是仍有待確定的是,沒有肌動蛋白絲對「青春期」後的細胞沒有影響。

「這一發現為肌動蛋白絲在植物胞質分裂過程中的作用提供了一些線索。肌動蛋白絲大約在35年前被發現存在於成膜細胞中,此後進行了許多研究,但似乎沒有關於肌動蛋白絲這種現象的報告。」 Higaki博士說:「這可能是因為最近的延時圖像分析技術已經得到改進,現在能夠在短時間內捕獲細微的差異;傳統的觀察方法很難注意到這些差異。我們提倡利用圖像分析技術的'成像生物學'分析,我們希望繼續通過類似的研究方法來發現新現象。」

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