分子马达在细胞出生中起关键作用

　　

康奈尔大学生物学家研究出携带目的蛋白的小分子马达是如何帮助将遗传物质从母细胞核分配到子细胞的纺锤体定向的。这项研究解释了一个新细胞出生过程中的一个基本机制，以及如果分子马达出故障，对新细胞的形成可能会有怎样的可怕后果。

在8月31日出版的《Nature》的1013-15页上，报道了在芽殖酵母细胞研究中得出的新的有丝分裂模型。人们希望该研究能够促进进一步研究，以确定是否在所有高等生物，包括人类细胞形成中也发生类似的过程。

文章作者之一，康奈尔大学分子生物学和遗传学教授Anthony Bretscher解释道：“以细胞分裂轴正确定向纺锤体的该过程必须非常精确，否则细胞则有可能不能将它们的遗传物质传递到新生成的子代细胞中。我们发现蛋白Myo2p通过携带另一个蛋白Kar9p，沿着定向的肌动蛋白丝游走，发挥分子马达的作用启动酵母出芽。这是第一次找到酵母中纺锤体定位的分子机制。一个重要的问题是：该机制在人细胞中也适用吗？”

分子马达是一些可以在细胞中移动和执行功能的特殊微型结构，以ATP（腺苷三磷酸）形式的细胞能源供能。有丝分裂是在新细胞形成过程中的一个关键步骤，其间母细胞的细胞核发生分裂以染色体的形式提供给产生的子代细胞复制的遗传信息。

在酵母中，有丝分裂依赖于细胞中的两套纤维。肌动蛋白纤维形成的轨道引导母细胞分裂成子细胞，在酵母中该过程又称为出芽。第二套纤维，名为微管纤维，形成结合和分离染色体的纺锤体。在有丝分裂过程中，纺锤体必须进行延伸以使其末端携带着一种套染色体而伸入子细胞中。有丝分裂要求朝向新生细胞正确定向纺锤体，否则复制的染色体滞留于母细胞中，而子细胞因缺少遗传物质而不能生成。

这种遗传物质的传递对于所有生物而言非常重要，因为没有遗传物质就不能产生新生细胞。有丝分裂中即使发生最小的问题也可以引起严重后果，如癌细胞的产生。

细胞生物学家们已经认识到酵母中肌动蛋白纤维在定向纺锤丝的过程中，指导微管纤维构成的纺锤丝进入芽中。然而这两套纤维是如何联系在一起的却不清楚。最近在普林斯顿大学进行的研究鉴定到蛋白Kar9p是引导纺锤体微管进入正确方向的成分之一。在芽中发现的Kar9p可以抓住微管的末端。

Bretscher和以完成有丝分裂图制作的康奈尔荣誉研究生Hongwei Yin说：“我们不知道的是Kar9p是如何从母细胞进入芽中的。”

Yin通过研究分子马达蛋白Myo2p的作用发现了这种相互关联。Myo2p马达沿着肌动蛋白纤维游走，引导母细胞出芽。Yin发现Kar9p和Myo2p可以彼此结合。进一步，她发现指导Kar9p进入芽中要求有Myo2p参与。Yin使用分子马达蛋白Myo2p部分缺陷形式的酵母进行研究。这些缺陷马达在大部分情况下发挥正常功能，但是在35摄氏度以上则不能正常工作。

她发现这些缺陷造成芽殖酵母有丝分裂出现问题：Kar9蛋白不被带入芽中，有丝分裂纺锤体不再被肌动蛋白丝所指导，染色体不再有效地转入子细胞中。而拥有完整功能Myo2p马达的酵母有效地沿肌动蛋白丝转运Kar9p进入芽中，使得Kar9p可以拉着微管的末端进入芽中并正确地酵母细胞的有丝分裂纺锤体。通过免疫荧光显微镜可以清楚地看到这些过程。Yin的工作是有丝分裂中指导纺锤体的分子马达的作用的第一次成功阐述。有丝分裂对于细胞核而言虽然只是一小步，但对于细胞生命而言却是一次巨大跳跃。

——摘译自9月5日ScienceDaily