形成干細(xì)胞中細(xì)胞分裂裝置核心的重要復(fù)合物已經(jīng)使用Diamond Light Source的大分子晶體學(xué)光束線I04和I04-1成像。正如最近在Nature Communications報(bào)道的那樣，稱為L(zhǎng)GN的紡錘體定向蛋白與四聚體排列的稱為Inscuteable的銜接蛋白結(jié)合，驅(qū)動(dòng)不對(duì)稱干細(xì)胞分裂。

干細(xì)胞是未分化的細(xì)胞，具有分化成特化細(xì)胞的能力。在發(fā)育中的胚胎中，干細(xì)胞是所有其他細(xì)胞的基礎(chǔ)，而在成人中，它們可以通過(guò)補(bǔ)充丟失的組織來(lái)幫助修復(fù)。為了確保分化細(xì)胞和未分化細(xì)胞之間的生理平衡，干細(xì)胞經(jīng)歷不對(duì)稱分裂以產(chǎn)生相同的子代干細(xì)胞和分化細(xì)胞。

當(dāng)存在不均等的細(xì)胞內(nèi)容分離時(shí)發(fā)生不對(duì)稱分裂。為此，必須仔細(xì)定位單元的分割線(稱為軸)。干細(xì)胞使用極性蛋白質(zhì)(例如Par3)來(lái)確定該軸的位置，然后像LGN和Inscuteable(Insc)這樣的蛋白質(zhì)有助于將有絲分裂紡錘體與極性軸對(duì)齊。

盡管這種方法很重要，但對(duì)蛋白質(zhì)之間的相互作用知之甚少。米蘭歐洲腫瘤研究所組長(zhǎng)兼Marina Mapelli博士和Diamond的博士后研究員Simone Culurgioni博士，意大利理工學(xué)院的科學(xué)家以及格勒諾布爾的歐洲分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室出發(fā)解決LGN綁定到Insc的晶體結(jié)構(gòu)。他們發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)以迷人的四聚體排列交織在一起，發(fā)現(xiàn)Insc單獨(dú)具有令人印象深刻的抗增殖特性。

細(xì)胞材料的分離

干細(xì)胞很重要，因?yàn)樗鼈儗?duì)組織再生至關(guān)重要，它們可用于多種醫(yī)療方法。然而，它們也與一些復(fù)發(fā)性癌癥有關(guān)，這些癌癥可能源自干細(xì)胞池并以緩慢的速度增殖，使得傳統(tǒng)的化療藥物無(wú)法觸及。

干細(xì)胞以不對(duì)稱的方式分裂，產(chǎn)生可以分化的細(xì)胞，加上另一種干細(xì)胞。為了具有不對(duì)稱的細(xì)胞分裂，必須精確定向分離細(xì)胞材料的裝置，稱為有絲分裂紡錘體。Par3決定細(xì)胞的極性，其他蛋白質(zhì)如LGN和Insc聚集在一起形成復(fù)合物以對(duì)齊有絲分裂紡錘體。

米蘭的團(tuán)隊(duì)在干細(xì)胞研究方面有著悠久的歷史，并且已經(jīng)對(duì)不對(duì)稱細(xì)胞分裂進(jìn)行了多次研究。Mapelli博士和Culurgioni博士之前發(fā)表了LGN和Insc的一部分結(jié)構(gòu)，但是他們熱衷于研究一個(gè)更大的復(fù)合物來(lái)捕獲這些蛋白質(zhì)的功能區(qū)域。

Culurgioni博士解釋了他們的動(dòng)機(jī)：“之前，我們有一個(gè)部分結(jié)構(gòu)只能解釋部分故事，但我們想要完全理解它。我們想要解決它們最小部分的結(jié)構(gòu)才能發(fā)揮作用。”

多年的制作

該團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了一項(xiàng)長(zhǎng)達(dá)數(shù)年的長(zhǎng)期研究。“結(jié)晶過(guò)程的優(yōu)化需要花費(fèi)數(shù)年的時(shí)間，因?yàn)榫w需要很長(zhǎng)時(shí)間才能生長(zhǎng)，并且它們不可再生。其中一個(gè)原因是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)復(fù)合物非常靈活，”Culurgioni博士解釋說(shuō)。

懷疑這種靈活性是因?yàn)樵趧?dòng)態(tài)環(huán)境中發(fā)現(xiàn)該復(fù)合物靠近膜，后來(lái)在歐洲同步輻射裝置(ESRF)進(jìn)行的小角度X射線散射(SAXS)證明了這一點(diǎn)。

研究人員使用光束線I04和I04-1解決了與Insc結(jié)合的LGN的結(jié)構(gòu)，并且進(jìn)行了一系列來(lái)自小鼠的乳腺干細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證結(jié)構(gòu)見(jiàn)解。在乳腺干細(xì)胞中，測(cè)量蛋白質(zhì)的表達(dá)水平以及它們對(duì)不對(duì)稱細(xì)胞分裂的影響。這些對(duì)Insc和腫瘤抑制蛋白p53之間的聯(lián)系具有重要意義。

兩個(gè)LGN池

Diamond的數(shù)據(jù)顯示LGN和Insc形成緊密組裝，包含四聚體排列的每種蛋白質(zhì)中的兩種。他們還看到了LGN如何與紡錘體定向蛋白NuMA相關(guān)：“我們從結(jié)構(gòu)和生物學(xué)數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)，Insc和NuMA在LGN中競(jìng)爭(zhēng)相同的位置，但不可能從一個(gè)傳遞到另一個(gè)。想法是有兩個(gè)LGN池：一個(gè)經(jīng)常與Insc合作，一個(gè)經(jīng)常與NuMA合作，“Culurgioni博士總結(jié)道。

令人驚訝的是，該團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)Insc可以減少干細(xì)胞的增殖。他們通過(guò)敲除稱為p53的增殖調(diào)節(jié)劑來(lái)證明這一點(diǎn)，導(dǎo)致異常細(xì)胞生長(zhǎng)，然后表達(dá)Insc。他們看到Insc推動(dòng)了不對(duì)稱分裂，從而降低了對(duì)稱分裂的速度，最終減緩了擴(kuò)散。

該團(tuán)隊(duì)接下來(lái)希望了解另一個(gè)LGN池如何協(xié)調(diào)它與NuMA的活動(dòng)，因此他們將返回Diamond以繼續(xù)其結(jié)構(gòu)特征。他們還可以探索Insc和Par3之間的相互作用，以確切了解紡錘體與極性蛋白質(zhì)的連接方式。