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細(xì)胞分裂是指活細(xì)胞增殖及其數(shù)量由一個(gè)細(xì)胞分裂為兩個(gè)細(xì)胞的過(guò)程，分裂前的原始細(xì)胞是母細(xì)胞，分裂后形成的新細(xì)胞是子細(xì)胞。對(duì)于單細(xì)胞生物來(lái)說(shuō)，細(xì)胞分裂代表著其個(gè)體的繁殖。而對(duì)于包括哺乳動(dòng)物在內(nèi)的多細(xì)胞生物來(lái)說(shuō)，細(xì)胞分裂是個(gè)體生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖的基礎(chǔ)。長(zhǎng)期以來(lái)，對(duì)于細(xì)胞分裂的研究受到了學(xué)者們的廣泛關(guān)注。
近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)細(xì)胞動(dòng)力學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室姚雪彪、劉行聯(lián)合團(tuán)隊(duì)的研究闡明了EB1蛋白相分離特征調(diào)控紡錘體動(dòng)力學(xué)與細(xì)胞分裂命運(yùn)抉擇的物理、化學(xué)機(jī)制，向解析生物大分子凝聚態(tài)調(diào)控細(xì)胞命運(yùn)可塑性理論研究邁出了重要一步。研究成果發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然·細(xì)胞生物學(xué)》。
解析細(xì)胞分裂的微管動(dòng)力學(xué)機(jī)制
細(xì)胞是生物體基本的結(jié)構(gòu)和功能單位，也是生命活動(dòng)的最小功能單元。細(xì)胞的形狀多種多樣，主要由細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)構(gòu)成，表面有細(xì)胞膜。以蛋白質(zhì)、核酸、多糖等為代表的生物大分子通過(guò)構(gòu)筑形態(tài)與功能各異的區(qū)室，精準(zhǔn)催化生物化學(xué)反應(yīng)，調(diào)控細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)與增殖質(zhì)量。細(xì)胞骨架即真核細(xì)胞中的蛋白纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，是細(xì)胞區(qū)室化的物質(zhì)基礎(chǔ)。細(xì)胞時(shí)刻都面臨保持現(xiàn)有的身份和狀態(tài)，還是轉(zhuǎn)變成另一種身份和狀態(tài)的抉擇。這種身份和狀態(tài)的維持或變化受到細(xì)胞內(nèi)外各種因素的調(diào)節(jié)。各種細(xì)胞內(nèi)外因素的相互作用使得細(xì)胞的命運(yùn)具有可變和轉(zhuǎn)換的特征，這也就是細(xì)胞命運(yùn)的可塑性。
此前，國(guó)外學(xué)者在解析家族性直腸癌基因APC突變體功能易感性時(shí)，發(fā)現(xiàn)了直腸癌基因APC的重要調(diào)控蛋白EB1。然而，由于人類(lèi)基因組約有1000種含SxIP基序蛋白，EB1是如何招募眾多的APC類(lèi)蛋白與動(dòng)態(tài)變化的β-微管蛋白結(jié)合，一直是細(xì)胞生物學(xué)、生物物理學(xué)與分子病理學(xué)領(lǐng)域尚未得到解答的問(wèn)題。
中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)細(xì)胞動(dòng)力學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在解析細(xì)胞分裂微管動(dòng)力學(xué)機(jī)制時(shí)，于2009年發(fā)現(xiàn)并克隆了一個(gè)新穎的EB1結(jié)合蛋白TIP150。EB1結(jié)合蛋白TIP150含有典型EB1結(jié)合蛋白基序SxIP，負(fù)責(zé)招募微管解聚酶MCAK，在動(dòng)態(tài)組裝微管的正末端形成催化區(qū)室。在此基礎(chǔ)上，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)細(xì)胞動(dòng)力學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在2012年采用單分子技術(shù)TIRFM與FRET，解析了EB1與TIP150的動(dòng)態(tài)作用機(jī)制與化學(xué)基礎(chǔ)。
揭示相分離特征與凝聚態(tài)的物質(zhì)基礎(chǔ)
在上述研究的基礎(chǔ)上，姚雪彪、劉行聯(lián)合團(tuán)隊(duì)在此次研究中利用活細(xì)胞光敏定位超高分辨顯微成像與熒光蛋白互補(bǔ)策略，探明了柔性區(qū)域堿性氨基酸在EB1二聚化與調(diào)控微管動(dòng)態(tài)性的功能。姚雪彪、劉行聯(lián)合團(tuán)隊(duì)利用多色單分子分析、非天然氨基酸嵌入與三維類(lèi)器官多維度成像等方法，揭示了EB1第66位賴氨酸動(dòng)態(tài)巴豆酰化修飾與微管結(jié)合的動(dòng)態(tài)調(diào)控機(jī)制，及其對(duì)細(xì)胞分裂紡錘體定向穩(wěn)定性維系的作用機(jī)制。
此次研究中，姚雪彪、劉行聯(lián)合團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了EB1蛋白在活細(xì)胞動(dòng)態(tài)微管追蹤過(guò)程的液滴表征，結(jié)合超高分辨成像技術(shù)，揭示了EB1蛋白的相分離特征與凝聚態(tài)的物質(zhì)基礎(chǔ)，并解析了相分離驅(qū)動(dòng)EB1蛋白的微管正端追蹤功能。
此次研究闡明了EB1蛋白相分離特征調(diào)控紡錘體動(dòng)力學(xué)與細(xì)胞分裂命運(yùn)抉擇的物理、化學(xué)機(jī)制，對(duì)于解析生物大分子凝聚態(tài)調(diào)控細(xì)胞命運(yùn)可塑性理論具有較為重要的意義，或?qū)⒅ο嚓P(guān)領(lǐng)域的研究進(jìn)一步深入。
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