實驗室確定細(xì)胞分裂中古代運(yùn)動的牽引和制動

達(dá)特茅斯學(xué)院的研究人員已經(jīng)揭示了關(guān)鍵蛋白質(zhì)在每分鐘發(fā)生在人體內(nèi)的數(shù)百萬細(xì)胞分裂過程中的作用。該研究描述了蛋白質(zhì)動力蛋白產(chǎn)生的兩種獨(dú)立但協(xié)調(diào)的牽拉作用，確保人類和其他生物體的健康細(xì)胞分裂。

達(dá)特茅斯研究首次表明，動力蛋白在有絲分裂過程中采用“側(cè)向”和“末端”力量來完成其工作。該研究還表明，動力蛋白根據(jù)蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的位置選擇激活哪種機(jī)制。

該研究發(fā)表在eLife雜志上，專注于面包酵母中的動力蛋白，這種生物體具有與人體功能相似的細(xì)胞。該研究增加了對細(xì)胞繁殖相關(guān)機(jī)制的理解，并揭示了使研究人員感到困惑的細(xì)胞層面的謎團(tuán)。

“近二十年來，研究人員一直在理解為什么動力蛋白在酵母中的表現(xiàn)不同，”達(dá)特茅斯生物科學(xué)教授Wei-Lih Lee說。“蛋白質(zhì)雙重作用的發(fā)現(xiàn)解決了這個問題，使我們能夠更多地了解細(xì)胞分裂過程中對動力蛋白的調(diào)節(jié)。”

動力蛋白 - 被稱為“古代運(yùn)動蛋白” - 因其在將神經(jīng)末梢的廢物運(yùn)回脊髓細(xì)胞體中的作用而廣為人知。該蛋白質(zhì)對于胚胎發(fā)育和皮膚基底層中干細(xì)胞的穩(wěn)定維持等過程也是必不可少的。

在細(xì)胞分裂期間，動力蛋白定位有絲分裂紡錘體，這是一種允許細(xì)胞分離遺傳物質(zhì)的復(fù)雜裝置。一旦紡錘體通過動力蛋白排列，DNA就會均勻分布，兩個子細(xì)胞可以存活。

“正確定位有絲分裂紡錘體對于獲得健康的細(xì)胞絕對是必不可少的，并且它是執(zhí)行該任務(wù)的動力蛋白，”該研究的第一作者，研究生研究助理Safia Omer說。

為了完成它的工作，動力學(xué)使用兩種截然不同的拉動機(jī)制。這些機(jī)制中的第一個，“側(cè)向拉動”，向有絲分裂的主軸施加側(cè)向力，類似于拉動繩索的側(cè)面。第二種機(jī)制是“端接”拉動，從其末端拉出主軸，類似于木材削片機(jī)在原木中拉動的方式。這種端部拉動動作也會對主軸的運(yùn)動施加制動，并使其精確地設(shè)定在正確的位置。

在達(dá)特茅斯研究之前，研究人員不確定為什么動力蛋白似乎更喜歡一種機(jī)制而不是另一種機(jī)制，這取決于它所處的生物體。

“我們感到困惑的是為什么'終止'拉動作用似乎不存在于酵母中，但它實際上確實存在。它一直在逃避發(fā)現(xiàn)，因為這種機(jī)制只存在于短時間內(nèi)小區(qū)位置很小，“李說。

除了發(fā)現(xiàn)動力蛋白的這種雙重作用外，達(dá)特茅斯的研究表明，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)位于細(xì)胞膜的兩側(cè)時，蛋白質(zhì)僅激活“側(cè)向”拉動，當(dāng)它位于細(xì)胞膜的頂點(diǎn)時從蛋白質(zhì)的末端拉出。細(xì)胞。此外，該研究揭示了稱為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的細(xì)胞結(jié)構(gòu)在調(diào)節(jié)動力蛋白行為方面的意外作用。

根據(jù)該研究，動力蛋白的作用在產(chǎn)生不對稱子細(xì)胞時是最重要的，其中一個轉(zhuǎn)化為組織細(xì)胞而另一個轉(zhuǎn)變?yōu)楦杉?xì)胞。如果突變導(dǎo)致動力蛋白不正確地定位心軸，則子細(xì)胞將具有異常的命運(yùn)，導(dǎo)致皮膚癌或“平滑腦”疾病的疾病。

“像這樣的基礎(chǔ)科學(xué)是對未來的投資，”達(dá)特茅斯大學(xué)的本科生塞繆爾格林伯格說道，他協(xié)助研究。“了解這些過程可以讓研究人員制定候選藥物，以針對該途徑中的特定問題。”

未來的研究將集中在動力蛋白如何從一種牽引機(jī)制轉(zhuǎn)換到另一種牽引機(jī)制以控制細(xì)胞分裂的關(guān)鍵過程。

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