Cell：挑战细胞生物学传统理论

　　

生物通报道  有丝分裂纺锤体是在细胞分裂过程中分离染色体的重要装置。近日来自哈佛大学工程与应用科学学院（SEAS）的研究人员在新研究中对有丝分裂纺锤体进行了定量检测，研究结果表明纺锤体有可能比教科书中图示的更为复杂。这一研究成果在线发布在4月27日的《细胞》（Cell）杂志上。

在这篇文章中，研究人员采用飞秒激光（femtosecond laser）技术对有丝分裂纺锤体的丝状结构进行了切割，然后通过数学分析纺锤体对于这一损伤的反应推断出了这一细胞器的微管结构。

“我们采用这种显微外科技术以从前无法实现的方式了解了纺锤体的结构和组装，这令我们感到非常兴奋，”文章的共同作者、哈佛大学物理及应用物理学教授Eric Mazur说。

纺锤体是由称之为微管的蛋白质丝构成，在细胞分裂过程中纺锤体形成，并使染色体分离进入到子细胞中。从前并不清楚在哺乳动物细胞的纺锤体中微管是如何组装的，科学家们往往假设微管是沿着整个结构的长度延伸，从细胞一极到另一极。

Mazur和他的同事们证实微管可在整个纺锤体开始形成，它们的长度也各不相同，越靠近极（pole）长度越短。

文章主要作者、哈佛大学工程与应用科学学院博士后工作人员Jan Brugués 说：“我们想知道这一大小差异是否有可能是跨纺锤体微管稳定梯度所引起，但实际上是由于运输所致。微管通常成核，从纺锤体中心长出向着两极运输。越接近中间的微管越长越新，越接近两极的微管越短越旧。”

“该研究提供了到目前为止我们只能够推测的一些事实的具体证据，”Brugués补充说。

在文章中，研究小组在光滑抓蟾（Xenopus laevis.）的卵子提取物中用飞秒激光生成了两个垂直于纺锤体生长平面的切面。

之后他们收集了关于重建纺锤体的定量数据，并精确测定了每个微管的长度和极性。在观察了微管解聚的速度和程度后，研究小组编译出了每个微管起始点的完整图谱。最后，利用其他的实验和数值模型证实了运输的功能。

“激光使得我们能够精确切割，完成从前的技术不可能做到的实验，”Mazur说。

随着进一步解析纺锤体的结构，研究人员希望科学家们终有一日能够获得完全理解，甚至有可能控制纺锤体形成。

“了解纺锤体就意味着了解细胞分裂。随着更好地了解纺锤体的运作机制，我们拥有了更多的希望解决从癌症到出生缺陷等因细胞周期破坏或不适当的染色体分离导致的大量疾病，”Brugués说。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Nucleation and Transport Organize Microtubules in Metaphase Spindles

Spindles are arrays of microtubules that segregate chromosomes during cell division. It has been difficult to validate models of spindle assembly due to a lack of information on the organization of microtubules in these structures. Here we present a method, based on femtosecond laser ablation, capable of measuring the detailed architecture of spindles. We used this method to study the metaphase spindle in Xenopus laevis egg extracts and found that microtubules are shortest near poles and become progressively longer toward the center of the spindle. These data, in combination with mathematical modeling, imaging, and biochemical perturbations, are sufficient to reject previously proposed mechanisms of spindle assembly. Our results support a model of spindle assembly in which microtubule polymerization dynamics are not spatially regulated, and the proper organization of microtubules in the spindle is determined by nonuniform microtubule nucleation and the local sorting of microtubules by transport.