為了破解一個謎,，有時一個大偵探只需要研究在他面前的線索。像阿加莎·克里斯蒂的赫爾克里·波洛和亞瑟柯南的道爾福爾摩斯,，Tomomi Kiyomitsu用他敏銳的觀察力來解決一個困繞研究人員多年的難題：在一個正在進行有絲分裂的細胞內(nèi),，什么內(nèi)部信號使其染色體排列在一個中心軸上？
"人們幾十年來一直在觀察有絲分裂中的這些蛋白和驅(qū)動器,，并沒有一個人曾看見Tomomi所觀察到的",， 美國麻省Whitehead研究所成員Iain Cheeseman說，"很清楚這些事情正在發(fā)生,。這些是非常強的正在制定這些細胞分裂軸的調(diào)控范例,。細心的細胞生物學(xué)允許他觀察是否這正在發(fā)生。人們一直觀察尋找了很長時間,，但他從來沒有帶著小心的眼睛與眼神小心帶到它,。"
Cheeseman 實驗室的博士后研究員Kiyomitsu在最近一期的Nature Cell Biology上發(fā)表了他的工作。
細胞分裂的有絲分裂過程已經(jīng)被密集地研究了50多年,。今天的科學(xué)家使用熒光顯微鏡能看見移動通過有絲分裂的進行著拔河的細胞,。名為微管的絲狀蛋白質(zhì)從細胞任一側(cè)的2個紡錘極的一極延伸，并試圖門閂上復(fù)制的染色體,。這整個"紡錘"結(jié)構(gòu)作出生理上地分配染色體,，但是它不是在細胞內(nèi)自由浮動的。除了吸附到所有染色體的來自紡錘體兩極的微管外,，連接到沿細胞膜排列的一蛋白質(zhì)層的細胞皮層的星體微管,，作出在細胞內(nèi)來回拉紡錘體兩極的行動直到紡錘體和染色體沿著細胞中心軸排列。然后,，微管將復(fù)制染色體撕成一半,，以致最后每一染色體的一個拷貝在每一個新子細胞中結(jié)束。
有絲分裂過程是極其精確的,，此時出現(xiàn)復(fù)制DNA,、細胞邊緣被強迫并有很好的理由,。在細胞分裂期間獲得或失去一個染色體能導(dǎo)致細胞死亡、發(fā)育障礙或癌癥,。
當Kiyomitsu觀察有絲分裂在對稱的正在分裂的人類細胞中展開時,，他注意到此時紡錘體向細胞中心擺動，動力蛋的部分光環(huán)沿遠離紡錘體那一側(cè)的細胞皮質(zhì)排列,。當紡錘體向在擺動時,，動力蛋白出現(xiàn)在右側(cè)，但是當紡錘體擺向右側(cè)時,，動力蛋白消失并重復(fù)出現(xiàn)在左側(cè),。
對于Kiyomitsu來說，排列之謎的關(guān)鍵是動力蛋白,，這個蛋白是沿微管"行走"分子貨物的已知馬達蛋白,。Kiyomitsu確定，動力蛋白在這種情況下通過一個包括蛋白LGN的復(fù)合物被錨定在細胞皮層,，其中LGN是富亮氨酸-甘氨酸-天冬氨酸蛋白質(zhì)的縮寫,。固定動力蛋白不是沿著星狀微管移動，而作為紡錘極上一個向細胞皮層拉的絞車,，并且微管和染色體吸附到它上面,。
Kiyomitsu發(fā)現(xiàn)，當一個紡錘極出現(xiàn)在與細胞皮層鄰近的地方,，名為Polo樣激酶1（Plk1）蛋白的信號從紡錘極發(fā)出,，敲除LGN和細胞皮層的動力蛋白，停止紡錘極前的馬達,，并釋放蛋白移動到細胞的對面,。這些擺動隨著下降幅度繼續(xù)直到紡錘體沿著細胞皮層軸安置下來。
當他正在譯解紡錘排列中動力蛋白的作用時,，Kiyomitsu注意到一層LGN延伸到細胞皮層四周,，除了在最接近染色體地區(qū)。由于染色體來回擺動,，這個清除LGN的區(qū)域在反應(yīng)中變化了,。因為動力蛋白需要錨定于LGN，這個清除的區(qū)域確保動力蛋白只可以吸附和拉向正在排列染色體的右側(cè)和左側(cè),，而不是從上面和下面,。
在測試了一些與染色體相關(guān)的信號分子后，Kiyomitsu確定一個包括ras相關(guān)核蛋白（Ran）在內(nèi)的染色體信號阻止LGN(也就是動力蛋白)吸附到染色體最近的細胞皮層,。Ran 與在有絲分裂分裂間期控制核輸入的5'-三磷酸鳥苷（Ran-GTP）結(jié)合,，它以前一直被表明控制有絲分裂期間生殖細胞內(nèi)紡錘體組裝，但還不清楚有絲分裂的非生殖細胞內(nèi)RAN組成成分的作用,。Kiyomitsu的工作表明了Ran在指導(dǎo)紡錘體定位中一項關(guān)鍵作用,。
Kiyomitsu說,，紡錘極沿著游歷的軸對細胞來說是至關(guān)重要的。
"紡錘體定位對維持發(fā)育期間干細胞與成熟細胞之間的平衡來說是至關(guān)重要的",，他指出,，"如果這個定位變得紊亂或錯調(diào)，據(jù)悉,，即使染色體被正確分離,，這可能有助于引起癌癥"。
這項工作是由美國馬薩諸塞州生命科學(xué)中心,、塞爾學(xué)者計劃,、人類前沿科學(xué)基金會、國家衛(wèi)生研究院（美國國立衛(wèi)生研究院,，NIH）/國立綜合醫(yī)學(xué)科學(xué)研究所和美國癌癥協(xié)會支持,。（生物谷bioon.com）
doi:10.1038/ncb2440
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Chromosome- and spindle-pole-derived signals generate an intrinsic code for spindle position and orientation
Tomomi Kiyomitsu, Iain M. Cheeseman
ABSTRACT Mitotic spindle positioning by cortical pulling forces1 defines the cell division axis and location2, which is critical for proper cell division and development3. Although recent work has identified developmental and extrinsic cues that regulate spindle orientation4, 5, 6, the contribution of intrinsic signals to spindle positioning and orientation remains unclear. Here, we demonstrate that cortical force generation in human cells is controlled by distinct spindle-pole- and chromosome-derived signals that regulate cytoplasmic dynein localization. First, dynein exhibits a dynamic asymmetric cortical localization that is negatively regulated by spindle-pole proximity, resulting in spindle oscillations to centre the spindle within the cell. We find that this signal comprises the spindle-pole-localized polo-like kinase (Plk1), which regulates dynein localization by controlling the interaction between dynein-dynactin and its upstream cortical targeting factors NuMA and LGN. Second, a chromosome-derived RanGTP gradient restricts the localization of NuMA-LGN to the lateral cell cortex to define and maintain the spindle orientation axis. RanGTP acts in part through the nuclear localization sequence of NuMA to locally alter the ability of NuMA-LGN to associate with the cell cortex in the vicinity of chromosomes. We propose that these chromosome- and spindle-pole-derived gradients generate an intrinsic code to control spindle position and orientation.
