《自然》：有丝分裂的关键谜题，终于有答案了

▎药明康德内容团队编辑

还记得生物讲义上对于有丝分裂过程的形貌吗？当细胞由间期进入分裂期，为了将遗传物质均匀分配到两个子代细胞中，原来疏松的染色质会被压缩成致密的染色体（两个染色单体通过着丝粒相连）。随后，两侧的纺锤体在分裂过程中分别牵引两条染色单体，使得它们高效地向两头移动。

在这个确凿的故事中，另有一个尚未得到办理的标题：染色体是怎样被压缩，从而被纺锤体顺遂地移向细胞南北极的？

之以是存在这个标题，要从纺锤体的作用机制提及。纺锤体由数千根微管构成，风趣的是，差别微管会向染色体施加截然相反的作用力：与着丝粒相连的微管提供拉力，将两条染色单体分别向自身这一侧牵引；但其他不打仗着丝粒的微管却会施加相反的斥力。不难想象，假如后者占据上风，会导致染色体分配无法顺遂举行。

▲有丝分裂早期，染色体与纺锤体形成的布局（图片泉源：GERLICH/IMBA）

因此，肯定存在某种未知的机制，可以资助染色体抵抗斥力，并克制微管从染色体中穿过。这也成为困扰科学界许久的困难。

在一项近期发表于《自然》的研究中，奥地利科学院分子生物学研究所（IMBA）等机构的科学家找到了答案。他们发现，组卵白去乙酰化是染色质可以大概被压缩为致密的染色体、抵抗微管斥力的关键。

“在这个复杂的体系中，通过改变组卵白乙酰化——一种染色质中的化学修饰——的程度，染色体可以拥有差别的物理性子。”这项研究的向导者，IMBA的Daniel Gerlich教授表现。

此前的研究表明，在开始分裂的细胞中，染色质在凝缩卵白（一种卵白质复合体）的资助下折叠成环状。不外，凝缩卵白自己不敷以表明为什么染色相识变得云云紧致。另一些研究提出，组卵白乙酰化起到了调控分裂时染色体紧致程度的作用。但组卵白乙酰化与凝缩卵白的相互作用及其功能尚不明白。

为了探究凝缩卵白与组卵白乙酰化这两个因素各自对染色体的影响，研究团队举行了控制变量实行。效果，移除凝缩卵白会在细胞分裂时干扰染色体的拉伸形态、低沉对拉力的抵抗本领，但不会影响压缩程度。而在移除凝缩卵白的同时使用克制组卵白去乙酰化的药物（即提升组卵白乙酰化的程度），会导致分裂细胞中大量染色质排除压缩的状态、重新变得疏松，这时微管可以大概贯穿染色体。

由此，研究验证了组卵白去乙酰化对于维持染色体紧致形态的作用。接下来，研究团队进一步查验了乙酰化程度对染色体状态的影响。他们借助酶将分裂期的染色体切割成小的片断，效果这些染色体片断以液滴的形态存在；但当组卵白乙酰化程度升高，这些染色体液滴会溶解在细胞质中。

▲有丝分裂时纺锤体对染色体的作用力表示图（图片泉源：参考资料[2]）

这些实行效果表明，有丝分裂时的组卵白去乙酰化，使得染色体通过相分离处于不可溶的状态，为抵抗微管的贯穿奠定了物理底子。

“我们的研究表明，凝缩卵白复合体形成的DNA环与染色质相分离过程相联合，构建出能抵抗纺锤体斥力的染色体布局。由此，细胞分裂时组卵白的去乙酰化过程，赋予了染色体分配所必须的独特物理性子。” Gerlich教授表现。

参考资料：

[1] Schneider, M.W.G., Gibson, B.A., Otsuka, S. et al. A mitotic chromatin phase transition prevents perforation by microtubules. Nature (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-05027-y

[2] A phase transition for chromosome transmission when cells divide. Retrieved August 3rd, 2022 from https://www.nature.com/articles/d41586-022-01925-3

[3] How the genome is packed into chromosomes that can be faithfully moved during cell division. Retrieved August 3rd, 2022 from https://www.eurekalert.org/news-releases/960485

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