清華大學(xué)生命學(xué)院José Carlos Pastor-Pareja課題組在《發(fā)育細(xì)胞》發(fā)表論文報(bào)道異位的微管會(huì)引起多倍體細(xì)胞的試圖分裂
2019年4月18日，清華大學(xué)生命學(xué)院José Carlos Pastor-Pareja課題組在《發(fā)育細(xì)胞》（Developmental Cell）期刊上發(fā)表了題為“血影斑蛋白Shot在果蠅多倍體細(xì)胞中維持核周微管網(wǎng)絡(luò)” （Spectraplakin Shot maintains perinuclear microtubule organization in Drosophila polyploid cells）的研究論文。該論文發(fā)現(xiàn)了形成核周微管網(wǎng)絡(luò)是果蠅多倍體細(xì)胞的特征，并揭示了微管結(jié)合蛋白Shot對(duì)于形成核周微管組織中心的重要作用。
多倍體細(xì)胞可存在于二倍體生物體內(nèi)這一現(xiàn)象在自然界中是廣泛存在的，并且常見(jiàn)于癌細(xì)胞。多倍體細(xì)胞是一種特殊類型的分化細(xì)胞，他們通過(guò)改變細(xì)胞周期從而實(shí)現(xiàn)了DNA的不斷復(fù)制，但卻不經(jīng)歷細(xì)胞分裂時(shí)期。在增殖細(xì)胞中，中心體作為微管組織中心（MicroTubule Organizing Center, MTOC）調(diào)控著細(xì)胞內(nèi)微管的分布及排列方式。但在分化的細(xì)胞中，細(xì)胞會(huì)在特定位置形成非中心體-微管組織中心從而調(diào)控微管的生長(zhǎng)及分布。因此，在分化但DNA卻不斷復(fù)制的多倍體細(xì)胞中，微管網(wǎng)絡(luò)是如何分布？以及微管又是如何從中心體上解離？我們對(duì)此并不十分清楚。
本項(xiàng)研究利用果蠅遺傳學(xué)，轉(zhuǎn)基因技術(shù)，共聚焦顯微鏡，透射電鏡，體外實(shí)驗(yàn)，活細(xì)胞成像等技術(shù)證明了在果蠅幼蟲(chóng)期的多倍體脂肪體細(xì)胞以及其他類型的多倍體細(xì)胞中均存在核周微管組織中心 (Perinuclear MTOC, pnMTOC)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，微管的缺失會(huì)引起細(xì)胞核變大和位置偏移，說(shuō)明核周微管組織中心具有維持細(xì)胞核大小和位置的作用。血影斑蛋白Shot是pnMTOC的重要組分，在缺失Shot的多倍體細(xì)胞中，核周微管組織中心不再繞核，而是在核周一點(diǎn)形成異常聚集的微管組織中心。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明，這個(gè)異常聚集的微管組織中心是通過(guò)微管馬達(dá)蛋白Kinesin介導(dǎo)的微管滑動(dòng)所形成。與此同時(shí)，Shot的缺失使多倍體細(xì)胞形成類似于分裂溝的細(xì)胞質(zhì)膜向內(nèi)凹陷的表型，這說(shuō)明有絲分裂進(jìn)程在多倍體細(xì)胞中被部分激活。因此，微管的異位聚集能夠使非分裂的多倍體細(xì)胞試圖分裂。
此外，在敲低細(xì)胞周期調(diào)控因子CycE, Cdk2 或者 E2F的多倍體細(xì)胞中，核周微管網(wǎng)絡(luò)不能正常形成。而在由二倍體誘導(dǎo)形成的多倍體細(xì)胞中能夠形成核周微管組織中心，從而進(jìn)一步證實(shí)了多倍體的核內(nèi)復(fù)制周期與核周微管網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系：核內(nèi)復(fù)制周期是形成核周微管網(wǎng)絡(luò)的必要條件，同時(shí)也是充分條件，即核內(nèi)復(fù)制周期足以促進(jìn)形成核周微管網(wǎng)絡(luò)。
研究人員還進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了其他核周微管組織中心組分Patronin和Kataninp60-like 1對(duì)于形成pnMTOC的作用。微管切割蛋白Kat-60L1將已形成的微管切割成小片段，微管負(fù)極結(jié)合蛋白Patronin能夠與其負(fù)端結(jié)合并穩(wěn)定，從而為微管生長(zhǎng)提供模板，再通過(guò)Shot與核膜蛋白LINC復(fù)合物的相互作用將微管錨定到核膜，從而形成核周微管組織中心。
綜上所述，本項(xiàng)研究揭示了多倍體化進(jìn)程與核周微管網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)了Shot及其他各組分對(duì)于形成和維持核周微管網(wǎng)絡(luò)的重要作用。
清華大學(xué)生命學(xué)院José Carlos Pastor-Pareja 研究員為本文的通訊作者，清華大學(xué)生命學(xué)院PTN項(xiàng)目博士生孫天慧為本文第一作者。清華大學(xué)生命學(xué)院梁鑫課題組和醫(yī)學(xué)院倪建泉課題組共同合作完成了本項(xiàng)課題。本項(xiàng)研究受到了國(guó)家自然科學(xué)基金委和清華-北大生命科學(xué)聯(lián)合中心的資助。
Shot對(duì)多倍體細(xì)胞核周微管組織中心重要的維持作用
原文鏈接：
https://www.cell.com/developmental-cell/fulltext/S1534-5807(19)30238-2
José Carlos Pastor-Pareja 實(shí)驗(yàn)室：
http://joselab.life.tsinghua.edu.cn
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