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Nature发现一种未知的机制调节分离酶的活性

在每个单细胞分裂的过程中,染色体上的遗传信息必须在新形成的子细胞之间平均分配。分离酶在该过程中起决定性作用。

近日,来自拜罗伊特大学的Susanne Hellmuth和Olaf Stemmann领导的研究组发现了一个以前未知的机制,该机制可调节分离的活性。相关成果公布在Nature杂志上,研究人员表示,这些基本机制的发现将有助于我们深入了解染色质遗传。

对于健康的细胞发育至关重要:分离酶的调节

细胞分裂对于人类的生长和繁殖至关重要。在细胞开始分裂之前,要先复制存储在染色体上的遗传信息。完成此过程后,每个染色体均由两个相同的DNA组成,即姐妹染色单体。Cohesin是由几种蛋白质组成的环,它围住每个染色体,并将一对染色单体保持在一起。在准备进行细胞分裂的过程中,这种蛋白就会从染色体臂中去除。但是,只有当染色体中部的Cohesin被分离酶切断后,姐妹染色单体才能完全分离。然后,染色单体迁移到纺锤体两端,在那里它们形成子细胞遗传基础。

仅在子细胞不包含遗传缺陷的情况下才能保证细胞健康发育。为了满足此条件,分离酶必须在正确的时间激活。如果姐妹染色单体分离太早,则只能随机分布。然后,产生的子细胞包含错误的染色体并死亡,或者它们会发育成肿瘤细胞。只有严格控制分离酶才能防止这些遗传功能异常。

“guardian spirit”抑制姐妹染色单体的过早分离

研究人员发现shugoshin蛋白质(日语为“守护神”)具有这种调节功能。 Shugoshin会导致分离酶保持失活,直到合适的Cohesin粘连蛋白分裂时间到来为止。

在这一基础上,研究人员成功地解决了一个重要的遗传难题:直到现在,只有蛋白质securin才能抑制分离酶的过早活性。因此,大家相信分离酶仅受securin调节。但是,这种观点与观察到的事实相悖,即使不存在securin,分离酶仍可得到适当调节。

发表在Nature杂志上的这项研究提供了解释:Shugoshin和securin都可以防止分离酶在错误的时间启动染色体的分离过程。如果蛋白失效,那么即使仅Shugoshin也能调节人细胞中分离酶的活性。

“我们正在处理一种在细胞周期中并不罕见的情况:为了使一个至关重要的过程以一种有序的方式进行,自然界已经通过以两种或多种不同方式同时控制它来保护它。这有助于这个过程稳健进行,但也难以研究,因为个体干扰没有明显的影响,”作者表示。

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