新方法测定维持细胞核居中的力 解读对细胞核定位机制

利用海洋生物实验室（MBL）发明的两台专用显微镜，来自日本和海洋生物实验室的一组研究人员开发了一种新方法来测量使细胞核保持在活细胞中心的力。他们的报告发表在10月18日的《美国国家科学院院刊》上。

　　

利用海洋生物实验室（MBL）发明的两台专用显微镜，来自日本和海洋生物实验室的一组研究人员开发了一种新方法，可以测量使细胞核保持在活细胞中心的力。这些实验也为细胞质性质和细胞器运动机制的研究提供了重要的新线索。这项研究发表在10月16日的《 Proceedings of the National Academy of Sciences》上。

“了解细胞核定位的机制对于理解细胞分裂非常重要，”这是所有生物体早期发育、生长和健康的核心过程，该研究的主要作者、日本国立遗传研究所细胞结构实验室的教授Akatsuki Kimura说。细胞必须均匀分裂才能产生相同大小的细胞。为了使细胞在中心分裂，细胞核在细胞中心的位置是至关重要的。”“像细胞核这样的大结构是如何在拥挤的细胞内部移动的，这一直是个谜。”

虽然人们早就知道，细胞核和其他细胞器的适当定位和运动对细胞功能至关重要，但准确测量这种细胞内作用力的能力一直有限。

先前在海胆卵上使用磁镊子技术成功地测量了移动细胞核的力，但由于该物种遗传实验技术的限制，力产生的潜在机制尚不清楚。秀丽隐杆线虫具有丰富的遗传技术，为研究其核定心提供了另一种方便的物种。与磁性镊子方法不同，研究人员选择了一种不同的方法：旋转细胞，因为当细胞以非常高的速度旋转时，细胞核会从中心偏移。磁性镊子方法是在细胞核内植入磁性珠子，可以通过外部磁铁移动。

研究小组使用MBL发明的两种仪器检查了线虫的活胚胎：由已故MBL杰出科学家Shinya Inoué开发的离心偏光显微镜（CPM）和由MBL高级科学家Michael Shribak开发的定向无关微分干涉对比显微镜（OI-DIC）。

CPM通过高速旋转样品，同时用频闪激光脉冲照射样品，从而对样品施加可控的离心力。利用离心偏光显微镜， Kimura, Makoto Goda（滨松大学医学院），Tomomi Tani（国家先进工业科学技术研究所，当时在MBL）和MBL高级科学家Rudolf Oldenbourg等人发现，当受精的秀丽隐杆线虫卵离心时，细胞核从细胞中心移位。

为了将离心速度转化为力，研究小组使用了OI-DIC显微镜，该显微镜通过测量折射率的差异来表征细胞质和细胞核的质量密度，从而可以计算作用在细胞核上的精确力。

有了CPM和OI-DIC显微镜，“我们现在可以比较这两个物种[线虫和海胆]，并讨论它们的共性和差异，”Kimura说。这项工作表明，秀丽隐杆线虫移动细胞核所需的力大约比海胆所测得的力小1/6，尽管仍然比理论估计的要大。木村说：“这意味着细胞质有一种未知的特性，使大型细胞器难以移动，而这在目前的理论中没有得到解释。”

核定心机制被认为最有可能依赖于细胞内的微管活动，尽管微管是推动还是拉动细胞皮层仍存在争议。这项研究的结果与后一种机制是一致的，但进一步的工作，也许与其他研究生物体的比较将有助于解决这个问题。

木村说：“我们建立了一种新的方法，利用CPM和OI-DIC显微镜的力量来测量秀丽隐杆线虫的力。”由于这种新技术不需要像磁性或光学镊子方法那样将珠子注射到细胞中，因此它不那么复杂，用途更广泛。木村说，现在，“我们可以在各种基因操纵的细胞中进行实验，以揭示物理力量和基因之间的关系。”

2020年，MBL将Inoué的离心偏光显微镜（现存的唯一一台）捐赠给了木村的实验室。