推翻认知！Cell | 新研究发现着丝粒由两个亚结构域组成

着丝粒（centromere）是一种确保细胞分裂时染色体正确分离的结构。染色体分离错误可导致细胞死亡和癌症产生。在一项新的研究中，来自胡布勒支研究所和爱丁堡大学的研究人员在着丝粒的结构方面有了惊人的新发现。他们发现着丝粒由两个亚结构域组成。这一基本发现对染色体分离过程具有重要意义，并提供了癌细胞错误分裂的新机制。

相关研究结果于2024年5月13日在线发表在Cell期刊上，论文标题为“Vertebrate centromeres in mitosis are functionally bipartite structures stabilized by cohesin”。

我们的身体由数万亿个细胞组成，其中大多数细胞的寿命有限，因此必须进行增殖以取代旧细胞。这种增殖过程被称为细胞分裂，或者说有丝分裂。在有丝分裂过程中，母细胞会复制它的染色体，以便将遗传物质传给子细胞。由此产生的一对相同的染色体，即姐妹染色单体，被一种叫做着丝粒的结构连接在一起。

接着，姐妹染色单体必须平均分配到两个子细胞中，以确保每个子细胞都是母细胞的精确复制品。如果在分离过程中出现错误，一个子细胞的染色体就会过多，而另一个子细胞的染色体则会过少。这可能导致细胞死亡或癌症产生。

着丝粒的作用

着丝粒是染色体的一部分，在有丝分裂过程中对染色体的分离起着至关重要的作用。细胞中姐妹染色单体的分离过程由着丝粒和纺锤体微管之间的相互作用引导。这些纺锤体微管负责拉动姐妹染色单体，从而将姐妹染色单体分离开来。

图片来自Cell, 2024, doi:10.1016/j.cell.2024.04.014

论文第一作者Carlos Sacristan Lopez解释说，“如果着丝粒与纺锤体微管的连接不正常，就会导致染色体分离错误，这在癌症中经常出现。”

了解着丝粒的结构有助于深入了解着丝粒的功能及其在染色体分离错误中的作用。

惊人的发现

为了研究着丝粒结构，研究人员结合使用了成像和测序技术。超分辨率显微镜成像在胡布勒支研究所进行，而测序则由Bill Earnshaw团队完成。这次合作在着丝粒结构方面带来了令人惊讶的新发现。先前认为着丝粒是由附着在多个纺锤体微管上的致密结构组成的，他们的结果表明着丝粒由两个亚结构域组成。

Sacristan Lopez解释说，“这一发现非常令人惊讶，因为着丝粒的两个亚结构域与纺锤体微管的结合是相互独立的。然而，要形成正确的附着，它们必须保持紧密连接。然而，在癌细胞中，我们经常观察到亚结构域并不附着，这会导致错误的附着和染色体分离错误。”

这一令人兴奋的基本发现有助于我们了解染色体分离错误的起源，尤其是对研究癌症中的染色体错误起源有着重大意义。这无疑为未来在预防和治疗癌症上开辟了新的研究方向。

参考资料：

Carlos Sacristan et al. Vertebrate centromeres in mitosis are functionally bipartite structures stabilized by cohesin. Cell, 2024, doi:10.1016/j.cell.2024.04.014.