Cell揭示细胞分裂新机制

负责分配遗传物质的丝分裂纺锤体总是在不断变化之中。形成它的纺锤丝不断伸长和收缩，马达样分子通过消耗能量来牵拉它们。为了确保这一复杂的过程以一种有序的方式进行，固定（fastener）分子会将纺锤丝一起固定在某些地方，来自Tarun Kapoor实验室的一项新研究有助于解释这些分子是如何做到这一点的。

　　

生物通报道 称作为有丝分裂纺锤体的足球状结构使得许多生物能够实现细胞分裂（延伸阅读：Nature发现细胞分裂的主控因子 ）。这一负责分配遗传物质的细胞结构总是在不断变化之中。形成它的纺锤丝不断伸长和收缩，马达样分子通过消耗能量来牵拉它们。为了确保这一复杂的过程以一种有序的方式进行，固定（fastener）分子会将纺锤丝一起固定在某些地方，来自Tarun Kapoor化学与细胞生物学实验室的一项新研究有助于解释这些分子是如何做到这一点的。

Tarun Kapoor实验室博士后Scott Forth说：“这些‘固定’蛋白不消耗能量，在所有活动进行之时它们以某种方式维持定位在微管上。我们发现这些蛋白质实际上利用了这种活动来帮助它们完成工作。”

在发表于《细胞》（Cell）杂志上的这篇研究论文，这一来自洛克菲勒大学的研究小组发现了一些称作为MAPs的固定蛋白经受了不同程度的摩擦力，而这取决于它们沿着微管移动的方向。因此MAPs无需直接消耗任何的能量就能够到达位置聚集在纺锤体位点上。相比之下，参与这一过程的马达蛋白则需消耗化学能在微管上移动。

为了阐明MAPs响应微管移动的机制，研究人员检测了3种MAPs与移动微管接触时生成的摩擦力。他们发现其中两种蛋白生成的摩擦力并不对称：一个方向上移动所生成的摩擦力小于另一个方向。例如当NuMA移向微管的负端时相比移向正端所经受的摩擦力要小些，而EB1蛋白则相反，优先选择正端。

Forth将这种不对称性比喻为中国式指套（Chinese finger trap）游戏。当插入到陷阱管的两端的两根手指向外拉动远离彼此时，陷阱绷紧，而当两根手指拉到一起时，陷阱则松开。“这些MAPs蛋白的不对称摩擦力就是这种情况。将它们沿着微管单向拉动很难做到，而以不同的方向拉动它们则容易做到，”Forth说。

实验还显示，成对的微管轻微摇晃，这些蛋白质则沿着微管进入到最小抵抗力的方向，向着微管的负端或正端移动。这一发现有助于解释NuMA是如何聚集于微管的负端，在那里它将微管连接在一起，形成微管中心点的。

与此同时，一种叫做PRC1的MAP蛋白不显示不对称摩擦力，这有可能使得它能够均匀分布，而不聚集。

“我们推测或许这种内在的机械性能——蛋白质所经历的摩擦力，帮助了它们在细胞分裂过程中到达需要它们的地方，以及维持纺锤体组织和机械完整性，”Forth说。

Kapoor 说：“当我们从一个地方去到另一个地方时，摩擦力在我们的日常生活中起重要作用。相似的原理似乎对于我们细胞中的蛋白质也同样重要。除了微管，还有许多的生物聚合物在细胞中积极移动；例如，当DNA复制或修复之时，蛋白质和这些生物聚合物之间的不对称摩擦力有可能发挥重要作用，引导了它们到达正确的细胞位置。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Asymmetric Friction of Nonmotor MAPs Can Lead to Their Directional Motion in Active Microtubule Networks

Diverse cellular processes require microtubules to be organized into distinct structures, such as asters or bundles. Within these dynamic motifs, microtubule-associated proteins (MAPs) are frequently under load, but how force modulates these proteins’ function is poorly understood. Here, we combine optical trapping with TIRF-based microscopy to measure the force dependence of microtubule interaction for three nonmotor MAPs (NuMA, PRC1, and EB1) required for cell division. We find that frictional forces increase nonlinearly with MAP velocity across microtubules and depend on filament polarity, with NuMA’s friction being lower when moving toward minus ends, EB1’s lower toward plus ends, and PRC1's exhibiting no directional preference. Mathematical models predict, and experiments confirm, that MAPs with asymmetric friction can move directionally within actively moving microtubule pairs they crosslink. Our findings reveal how nonmotor MAPs can generate frictional resistance in dynamic cytoskeletal networks via micromechanical adaptations whose anisotropy may be optimized for MAP localization and function within cellular structures.