(資料圖)

在細(xì)胞分裂過(guò)程中，必須精確地將一個(gè)基因組拷貝運(yùn)送到兩個(gè)子細(xì)胞中的每一個(gè)。忠實(shí)的基因組分離需要將極長(zhǎng)的染色體DNA分子包裝成離散的體。這使得它們能夠被有絲分裂紡錘體有效地移動(dòng)，這是一個(gè)由成千上萬(wàn)的微管組成的絲狀系統(tǒng)。IMBA的Gerlich研究小組的新發(fā)現(xiàn)揭示了有絲分裂染色體如何抵抗微管產(chǎn)生的持續(xù)推拉力。IMBA小組負(fù)責(zé)人Daniel Gerlich說(shuō)：“在這個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)中，通過(guò)改變組蛋白乙酰化的水平賦予染色體不同的物理特性，這是染色質(zhì)纖維內(nèi)的一種化學(xué)修飾。”

之前的研究表明，在分裂的細(xì)胞中，染色質(zhì)纖維被一種叫做凝集素的大型蛋白質(zhì)復(fù)合物折疊成環(huán)狀。然而，單單是凝集素的作用并不能解釋為什么染色體會(huì)呈現(xiàn)為具有尖銳表面的致密體，而不是類(lèi)似于瓶蓋的松散結(jié)構(gòu)。一些研究表明，組蛋白乙酰化在調(diào)節(jié)細(xì)胞分裂期間的壓實(shí)程度方面發(fā)揮了作用，但組蛋白乙酰化與凝集素的相互作用及其功能相關(guān)性仍不清楚。Gerlich說(shuō)：“通過(guò)我們的工作，我們現(xiàn)在能夠從概念上拆分這兩種機(jī)制。”

科學(xué)家們改變了凝集素和組蛋白乙酰化的水平，以研究它們的精確影響。去除凝集素破壞了分裂細(xì)胞中染色體的修長(zhǎng)形狀，降低了它們對(duì)拉力的抵抗力，但并不影響它們的壓實(shí)程度。將凝集素的耗竭與增加組蛋白乙酰化水平的處理相結(jié)合，在分裂的細(xì)胞中引起大量的染色質(zhì)解壓，并使染色體被微管穿透。

研究小組假設(shè)，在整個(gè)細(xì)胞周期的大部分時(shí)間里，染色質(zhì)被組織成一個(gè)膨脹的凝膠（當(dāng)它的乙酰化程度相對(duì)較高時(shí)），而在細(xì)胞分裂期間，當(dāng)乙酰化水平全面下降時(shí)，這種凝膠被壓縮成不溶性的形式。然后他們開(kāi)發(fā)了一種檢測(cè)方法，通過(guò)將有絲分裂的染色體分割成小塊來(lái)探測(cè)染色質(zhì)的可溶性。有絲分裂染色體的片段形成液態(tài)染色質(zhì)的液滴，但當(dāng)乙酰化水平提高時(shí)，染色質(zhì)片段就會(huì)溶解在細(xì)胞質(zhì)中。這些觀察結(jié)果支持一個(gè)模型，即有絲分裂期間染色質(zhì)乙酰化的全面減少建立了一個(gè)具有尖銳相界的不融合的染色質(zhì)凝膠，為抵抗微管穿孔提供了一個(gè)物理基礎(chǔ)。

通過(guò)涉及體外重組的純?nèi)旧|(zhì)的進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)，以及通過(guò)探測(cè)各種可溶性大分子對(duì)染色質(zhì)的訪問(wèn)，研究人員發(fā)現(xiàn)，不融合的染色質(zhì)形成了一個(gè)密集的負(fù)電荷的結(jié)構(gòu)，排除了帶負(fù)電荷的大分子和微管。

“我們的研究表明，凝集素復(fù)合體的DNA環(huán)是如何與染色質(zhì)相分離過(guò)程合作的，以建立有絲分裂染色體，抵抗紡錘體施加的拉和推的力量。”Daniel Gerlich總結(jié)說(shuō)：“因此，細(xì)胞分裂過(guò)程中組蛋白的去乙酰化賦予了染色體獨(dú)特的物理特性，這是染色體的忠實(shí)分離所需要的。”