Science揭开细胞分裂的秘密

细胞分裂是生命的基础，母细胞必须在这一过程中将DNA精确分配给两个子细胞。而染色体上的着丝粒是细胞成功分裂的关键，这个特殊的DNA区域是纺锤丝微管的附着之处，也是姐妹染色单体相互连接的地方。着丝粒出现问题会导致子细胞染色体异常，引发唐氏综合症等疾病。

微管识别着丝粒需要该区域富含一种关键的蛋白，CENP-A。宾夕法尼亚大学的研究人员在Science杂志上发表文章，阐明了着丝粒和CENP-A在细胞分裂过程中的稳定机制。

资深作者Ben E. Black副教授曾在五年前阐明了CENP-A的结构。现在他关注的问题是，细胞如何在细胞分裂时确保含CENP-A的核小体在着丝粒保持稳定。简单来说，这涉及一个辅助蛋白CENP-C。

研究人员应用一系列生物物理学技术，研究了CENP-A核小体的结构和稳定性。数据显示，这些核小体的结构非常灵活，在没有CENP-C的情况下呈现出松散构象，在存在CENP-C的时候表现为紧凑形态。而且CENP-C诱导的形态改变，与DNA如何围绕核小体有关。

这项研究解决了CENP-A分子在着丝粒上的稳定性问题。在正常条件下，CENP-A有效结合着丝粒而且不放手。研究人员发现，与传统核小体不同，CENP-A根本不从核小体解离。“CENP-A从一开始就牢牢粘在着丝粒上，”Black解释道。但当细胞缺乏CENP-C时，CENP-A很容易游离开，说明CENP-C决定着CENP-A的稳定性。

近二十年来，人们逐渐发现染色体遗传受到了表观遗传学控制。包括Black在内的研究者们提出，取代常规组蛋白H3的CENP-A，是着丝粒区域关键的表观遗传学蛋白。

核小体一般被认为是静态的支架，功能性分子在其上组装。而这项研究提出了不同于传统观点的表观遗传学模式。Black指出，组蛋白变体和翻译后修饰通过改变形态来影响核小体的生物学特性，而核小体是细胞分裂和基因表达的主动参与者。

“如果着丝粒区域丧失稳定性，染色体和基因就无法正确传递给子细胞。这种灾难性事件是癌细胞的标志之一。如果这种情况发生在精细胞和卵细胞中，就会导致流产或者引发唐氏综合症等疾病。”

这种调控和稳定模式很可能普遍存在于多种表观遗传学过程中，Black补充道。他还认为，CENP-A介导的稳定性可能是卵母细胞保留表观遗传学信息的一种机制。

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