Nature Plants发现塑造着丝粒分布的机制
研究结果发表在《自然植物》杂志上。
在细胞分裂过程中，被称为着丝粒的特殊染色体区域被拉到细胞的两端。细胞分裂完成，细胞核形成后，着丝粒在细胞核内呈空间分布。如果被拉向两极的着丝粒的分布保持不变，那么细胞核中只有在细胞核的一侧聚集着着丝粒。这种着丝粒的不均匀分布被称为拉伯构型，以19世纪的细胞学家卡尔·拉伯命名。有些物种的细胞核呈现出着丝粒的分散分布，称为非rabl构型。
通讯作者、东京大学前沿科学研究生院教授Sachihiro Matsunaga说:“几个世纪以来，Rabl或非Rabl构型的生物功能和分子机制一直是一个谜。”“我们成功地揭示了构建非rabl构型的分子机制。”
研究人员研究了植物拟南芥(也被称为thale cress)和一个已知具有非Rabl配置的标本，以及具有Rabl配置的突变形式。通过他们的工作，他们发现被称为凝聚蛋白II (CII)的蛋白质复合体和被称为核骨架和共骨架(LINC)复合体的蛋白质复合体共同作用，决定了细胞分裂过程中着丝粒的分布。
Matsunaga说:“非rabl构型的着丝粒分布是由CII- LINC复合体和一种称为拥挤核(CRWN)的核层蛋白独立调控的。”
研究人员发现的着丝粒分布两步调节机制的第一步是CII-LINC复合体介导着丝粒从后期到末期的分散——细胞分裂结束的两个阶段。该过程的第二步是crwn稳定细胞核内核薄片上分散的着丝粒。
接下来，为了探索其生物学意义，研究人员分析了拟南芥及其rabl -结构突变体的基因表达。由于着丝粒空间排列的改变也会改变基因的空间排列，研究人员希望发现基因表达的差异，但这一假设被证明是不正确的。然而，当施加DNA损伤胁迫时，突变体的器官生长速度比正常植物慢。
Matsunaga说:“这表明对着丝粒空间排列的精确控制是器官生长对DNA损伤应激的响应所必需的，而非Rabl基因和Rabl基因的有机体对DNA损伤应激的耐受性没有区别。”“这表明，无论Rabl构型如何，细胞核中DNA的适当空间排列对应激反应都很重要。”
根据Matsunaga的说法，下一步是确定改变特定DNA区域空间排列的能量源和识别特定DNA的机制。
他说:“这些发现将引导技术的发展，使细胞核中的DNA以适当的空间排列人为排列。”“预计这项技术将使创造抗应力生物成为可能，并通过改变DNA的空间排列而不是编辑其核苷酸序列赋予新的特性和功能。”
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技术原理
