一個(gè)活細胞如同一座繁忙的城市，無(wú)數分子和蛋白在其中穿梭不息。細胞分裂是一場(chǎng)將內部景觀(guān)徹底改造的盛大變革。細胞如同籌備一場(chǎng)國際賽事，重新規劃街道、遷移建筑，并調整其運輸系統。

長(cháng)期以來(lái)，研究人員一直對細胞有序地進(jìn)行這種巨大轉變的能力感到好奇。微管細胞骨架在這一過(guò)程中至關(guān)重要，它是維護結構并促進(jìn)細胞內部運動(dòng)的纖維網(wǎng)絡(luò )，確保染色體能正確分離。細胞分裂出錯可能導致各種問(wèn)題。

然而，盡管其重要性不言而喻，細胞如何在分裂過(guò)程中重組其內部結構的具體機制仍是未解之謎。細胞如何知道何時(shí)何地重新排列其內部架構？哪些分子信號在調控這些變化？誰(shuí)是這些變化的關(guān)鍵要素？

巴塞羅那基因組調控中心和多特蒙德馬克斯普朗克分子生理學(xué)研究所的研究人員在《Nature Communications》上發(fā)表的一項新研究表明，一些變化歸結于一個(gè)簡(jiǎn)單而優(yōu)雅的系統——分子開(kāi)關(guān)的轉換。

這一發(fā)現的核心是PRC1蛋白。在細胞分裂時(shí)，PRC1在組織分裂中起關(guān)鍵作用。它交聯(lián)微管，幫助在染色體分開(kāi)的重要區域形成結構。

PRC1并非單獨運行。為了保證微管在恰當時(shí)間和地點(diǎn)進(jìn)行組裝，其活性受到嚴格控制。PRC1通過(guò)磷酸化過(guò)程調節，即酶在其表面特定區域添加化學(xué)標記，從而上調或下調其活性。

圖片鏈接：https://www.eurekalert.org/multimedia/1046869

圖片信息：研究人員現在能夠重建重塑細胞骨架的開(kāi)關(guān)。分裂細胞中后期細胞骨架的圖像（左）和體外重建時(shí)的圖像（右）。PRC1（綠色）交聯(lián)微管并組織壓實(shí)的微管束。

“我們發(fā)現，通過(guò)調節PRC1的磷酸化狀態(tài)，可以誘導細胞骨架組織在幾分鐘內發(fā)生大規模轉換，這對細胞分裂至關(guān)重要。”第一作者兼CRG博士后研究員林偉明解釋道。

研究人員通過(guò)開(kāi)發(fā)一種新型實(shí)驗室系統實(shí)現了這一發(fā)現，他們可以精確控制和逆轉細胞分裂不同階段相關(guān)的細胞骨架結構轉變。新技術(shù)可幫助研究者更詳細、實(shí)時(shí)地探索細胞分裂的基本機制。

“我們現在可以在顯微鏡下制作和觀(guān)察細胞骨架重組的影片，并根據需要快進(jìn)或倒帶。這是該領(lǐng)域的重要里程碑。”巴塞羅那基因組調控中心的ICREA研究教授Thomas Surrey表示。

這個(gè)新系統最終或能揭示當細胞分裂出錯時(shí)的應對策略。然而，Surrey表示，這項研究的意義在于讓我們傾注于自然界的復雜性。“細胞雖小，其中卻存在一種高度有序且非常復雜的系統，精準運作。通過(guò)這樣的發(fā)現，這種復雜性正在逐漸被揭開(kāi)。”他總結道。

雜志：Nature Communications

DOI：10.1038/s41467-024-53500-1