研究人员揭示了细胞分裂的秘密 确定了癌症中蛋白质升高的作用

普林斯顿大学的研究人员已经成功地重建了涉及试管中细胞分裂的关键过程，发现了一种蛋白质的重要​​作用，这种蛋白质在所有癌症的25%以上都升高。研究人员的发现发表在eLife和Nature Communications期刊上的两篇论文中，是重塑整个细胞分裂机制的关键一步，并且可能会导致旨在防止癌细胞生长的新疗法。

当细胞分裂时，由数千个称为微管的细丝组成的纺锤状结构附着在染色体上，并将相等数量的细丝拉入每个新形成的细胞。每个微管都是由单个微管蛋白分子组装而成的，由于染色体分离错误会导致癌症，因此至关重要的是，它们必须在正确的时间和位置组装成微管，以形成功能性的纺锤体。分支微管成核，其中一个新的微管从现有的一个侧面形成，对这个过程至关重要，因为它使细胞形成大量指向染色体的微管，从而使它们能够被纺锤体捕获。

分支微管成核依赖于数个分子机械。一件被称为γ-微管蛋白环复合物(γ-TuRC)，可启动微管蛋白分子组装成微管，而另一件被称为奥格明复合物，则将γ-TuRC募集到现有微管的一侧。一种叫做TPX2的蛋白质，其水平在所有癌症中的25%以上都升高，它也参与分支微管成核。TPX2水平升高会导致细胞中微管装配异常以及癌症患者的预后不良。但是，TPX2如何与augmin和γ-TuRC一起介导分支微管的成核和纺锤体组装尚不清楚。

普林斯顿大学分子生物学助理教授萨宾·皮特里(Sabine Petry)表示：“为了更好地理解分支微管成核的机制，我们着手使用纯化的蛋白质在细胞外重构这一过程。”

在eLife研究中，研究生Raymundo Alfaro-Aco和Akanksha Thawani描述了他们如何在试管中重建分支微管成核。该研究的一项重要发现是，TPX2像augmin一样可以与微管结合并募集γ-TuRC以启动分支微管成核。另一个令人惊讶的发现是TPX2还有助于将Augmin募集到微管中，从而进一步增强γ-TuRC的募集。

Alfaro-Aco说：“当存在augmin，TPX2和γ-TuRC时，分支微管成核最有效。”“令人惊讶的是，尽管TPX2只是大型多亚基复合物augmin和γ-TuRC中的单一蛋白质，但它却是控制该反应的核心。”

在《自然通讯》的论文中，佩特里和她的前研究生马修·金进一步证明，TPX2在促进分支微管成核方面像液体。具体地说，TPX2在现有微管的表面上形成液层，该液层珠化为含微管蛋白的液滴，就像蜘蛛网上的晨露一样。研究人员发现，TPX2和微管蛋白可以通过相分离机制凝结在一起，形成类似液体的液滴，这种分离机制与导致油滴在水中形成的机制相同。可以从这些TPX2-微管蛋白液滴中形成新的微管，并且由于液滴在现有微管的表面上凝结，因此会形成分支的微管结构。

金说：“这项研究表明，TPX2和微管蛋白的共缩合会在预先存在的微管上形成一个局部的微管蛋白储库，这可能是有效促进分支微管成核的必要条件。”

两项研究共同表明，TPX2是分支微管成核的关键。它首先行进到微管中，以组装最终产生分支微管的所有其他组件，并且这样做时就像液体一样。Petry及其同事认为，细胞信号可以调节TPX2凝聚，以确保仅在细胞分裂并需要形成纺锤体时才会发生。佩特里说：“我们对TPX2行为的发现可能指导未来旨在调节细胞分裂的治疗工作。”“此外，我们重建分支微管成核是重建整个纺锤体设备以及依赖于此微管组装途径的其他细胞结构的重要一步。”