每個細胞包含兩個23個染色體的拷貝，一個遺傳自您的父親，一個遺傳自您的母親。從理論上講，當(dāng)你創(chuàng)造一個配子 - 一個精子或一個雞蛋 - 每個副本有50-50的射擊傳遞。但現(xiàn)實并非如此明確。

科學(xué)家們已經(jīng)觀察到，染色體可以“作弊”，從而使它們成為性細胞的可能性降低?，F(xiàn)在，來自賓夕法尼亞大學(xué)的一個團隊已經(jīng)證明了這種偏見是如何在女性細胞中產(chǎn)生的。通過對小鼠卵母細胞(卵的前體)的仔細觀察和實驗，他們檢測到分子信號，這些信號在驅(qū)動減數(shù)分裂的機器中產(chǎn)生不對稱性，細胞分裂過程產(chǎn)生配子。研究人員發(fā)現(xiàn)，某些染色體利用這種不對稱性在分裂過程中將自身移動到細胞的“右側(cè)”，并在卵子中結(jié)束。

通過揭示減數(shù)分裂常見且知之甚少的方面，這些發(fā)現(xiàn)可能會導(dǎo)致對減數(shù)分裂的更好的一般理解，包括錯誤的出現(xiàn)方式和原因。染色體在減數(shù)分裂過程中如何與配子分離的錯誤是一些流產(chǎn)和唐氏綜合癥等病癥的根本原因。

“如果我們了解這些自私元素如何利用減數(shù)分裂的機制，那么我們將更深入地了解這一過程是如何起作用的，”賓夕法尼亞大學(xué)藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院生物學(xué)副教授，資深作者Michael Lampson說。在研究上。

Lampson與實驗室成員Takashi Akera，LukášChmátal，Emily Trimm和Karren Yang，以及Charles M. Schultz，Charles和William L. Day杰出生物學(xué)教授合作;David Chenoweth，化學(xué)系副教授;Chenoweth實驗室成員Chanat Aonbangkhen;和法國居里居住區(qū)的Carsten Janke。他們的研究發(fā)表在“科學(xué)”雜志上。

數(shù)十年來，科學(xué)家們已經(jīng)意識到遺傳因素似乎在減數(shù)分裂過程中會參與競爭，因為一些傳播給配子的速度始終高于機會所要求的速度。這種偏向傳輸?shù)男g(shù)語是“減數(shù)分裂驅(qū)動”。

“通常我們會考慮在自然選擇和適者選擇方面的自私基因，”蘭普森說。“這可能意味著一個讓你活得更長或更多繁殖或殺死你的敵人的基因更有可能被傳承。但我們也可以在基因本身的水平上思考自私。在這種情況下，基因與每個基因競爭。另外，為了進入配子。雖然我們有證據(jù)證明這可能發(fā)生，但我們并不真正理解它是如何發(fā)生的。“

對于有偏差的傳播，賓夕法尼亞大學(xué)的研究小組推斷，細胞分裂的物理機制必須能夠?qū)崿F(xiàn)。在雌性的情況下，減數(shù)分裂的最后階段導(dǎo)致產(chǎn)生一個成為活卵的細胞和另一個稱為極體的細胞，其通常被降解。

研究人員選擇專注于細胞分裂機制，研究減數(shù)分裂紡錘體，由附著在染色體上的微管構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，在細胞分裂之前將它們拉到細胞的兩側(cè)。

觀察小鼠卵母細胞中的微管，他們發(fā)現(xiàn)了一種稱為酪氨酸化的修飾的不平衡分布：細胞的蛋側(cè)比另一側(cè)的蛋側(cè)更少，更接近所謂的皮質(zhì)。當(dāng)紡錘體從細胞中間向皮質(zhì)移動時，這種不對稱性僅存在于減數(shù)分裂階段。

“這告訴我們，無論設(shè)置什么信號，酪氨酸修飾都來自皮層，”蘭普森說。“接下來的問題是，那是什么信號?”

研究人員已經(jīng)獲得了一些關(guān)于細胞皮質(zhì)側(cè)表達增加的分子的信息，其中包括一種名為CDC42的分子。為了測試這種分子是否有助于不對稱的酪氨酸化，研究人員使用了Lampson和Chenoweth先前設(shè)計的實驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用光敏測定法在極的一側(cè)選擇性地富集CDC42。他們的結(jié)果表明，CDC42至少部分地負責(zé)誘導(dǎo)酪氨酸化不對稱性，從而誘導(dǎo)分裂細胞中紡錘體的不對稱性。

賓夕法尼亞大學(xué)的研究人員確定存在不對稱性及其產(chǎn)生的方式后，開始表明這種不對稱性使得染色體能夠作弊。他們通過關(guān)注著絲粒來實現(xiàn)這一目標，著絲粒是附著在紡錘體上的染色體區(qū)域。穿過兩株小鼠，它們在每只細胞中都有兩種著絲粒的動物，一只較大，一只較小。

從小組早期的工作中，他們知道較大的著絲粒已知優(yōu)先傳遞給配子。在目前的工作中，他們證實更大，更“強壯”的著絲粒確實更有可能走向成為卵子的細胞的極點。

當(dāng)研究人員通過突變CDC42和其他靶標來消除紡錘體不對稱時，著絲粒方向的偏差消失了。

“這將主軸不對稱與染色體或著絲粒實際上作弊的想法聯(lián)系起來，”蘭普森說。

但是這個結(jié)果也提出了這樣一個問題：當(dāng)著絲粒在它們的方向上變得偏向時，因為紡錘體在細胞中間開始，此時著絲粒已經(jīng)以無偏見的方式附著。不對稱和偏向著絲粒附著發(fā)生較晚。

輸入翻轉(zhuǎn)著絲粒。利用小鼠卵母細胞的實時成像，研究人員發(fā)現(xiàn)，“較強”的著絲粒比較弱的著絲粒更容易脫離紡錘體，如果它們朝向細胞的皮質(zhì)側(cè)，則特別容易脫落，可能是為了翻轉(zhuǎn)并將自己重新定位到細胞的蛋極。較弱的著絲粒很少分離，并且對細胞的一側(cè)或另一側(cè)沒有偏好。

“如果你是一個自私的著絲器而且你面對錯誤的方式，你需要放手讓你可以面對另一條路，”蘭普森說。“這就是你贏的方式。”

在未來的工作中，蘭普森和他的團隊希望進一步探索著絲粒的哪些特征使它們變得強弱。

“這項工作為我們提供了一些關(guān)于著絲粒偏向傳播的良好信息，但它也帶來了大量其他問題，”蘭普森說。“為什么我們的著絲?？雌饋硐袼麄円粯?，他們?nèi)绾芜M化以贏得這些比賽?這些是我們?nèi)匀徊惶私獾幕旧飳W(xué)問題。”