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          客觀日本

          日本國立遺傳學研究所成功再現癌癥和不孕癥的細胞分裂,可成為治療的線索

          2024年02月27日 生物醫藥

          日本國立遺傳學研究所的研究團隊人工再現了細胞內的現象,明確了與細胞分裂有關的蛋白質的詳細功能。癌癥、遺傳性疾病和不孕癥等疾病通常被認為與細胞分裂異常有關。隨著對細胞內現象的研究與解析,預計在2050年左右,這些疾病的治療可能會發生革命性變化。

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          從培養的酵母細胞中提取出與染色體黏合有關的蛋白質(供圖:日本國立遺傳學研究所)

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          細胞分裂前發生“染色體分配”的顯微照片,圖中可見紡錘體將染色體精確分開(供圖:日本國立遺傳學研究所)

          攜帶遺傳信息的DNA在細胞內以染色體的形式緊密折疊。在細胞分裂時,染色體復制并通過稱為紡錘體的結構均勻地分配給兩個細胞。這種分配的關鍵在于復制體之間的暫時黏合機制。如果此機制失效,兩個復制體可能會移動到同一細胞中,從而導致細胞分裂后染色體條數的差異。

          染色體分配錯誤被認為與多種疾病相關。例如,目前已證實,許多癌細胞的染色體結構或條數會產生異常。據信,染色體分配錯誤可能會引起基因功能失?;虻鞍踪|功能異常,進而導致癌變。染色體分配錯誤也與遺傳性疾病和不孕癥等密切相關。

          盡管細胞分裂是生物的基礎現象,但相關分子機制的細節尚不清楚。日本國立遺傳學研究所的村山泰斗副教授領導的研究團隊于1月份揭示了能夠黏合染色體復制體的黏連蛋白(cohesin)的蛋白質作用機制,并在英國科學雜志《自然》上報告了這一研究成果。黏連蛋白已知具有環狀結構,并且能夠將復制體捆綁在一起,但是復制體是如何進入其環狀結構中的,這一點此前尚不明確。

          與細胞內部的DNA相關聯并發揮功能的蛋白質有數千種,直接研究細胞以解析其功能十分困難。為此,研究團隊采用了一種在試管內等環境中模擬細胞內現象的“生化重建(biochemical reconstitution)”方法。研究人員從酵母細胞中提取了30多種與DNA復制或染色體黏合有關的蛋白質,并將其置于試管中進行分析。這一過程類似于解體細胞并重新組裝其中一些組件。

          盡管黏連蛋白由四種蛋白質組成,但僅僅將其放入試管中并不能形成正常的結構。為了模擬黏連蛋白在細胞內的狀態,研究人員反復調整了溫度和溶液濃度等環境條件,直到能夠重現在細胞內的狀態。

          實驗結果表明,黏連蛋白首先會附著在復制前的DNA上,當與執行復制的酶發生碰撞后,它會將DNA捕獲到內部并阻止其脫落。隨后,經過進一步復制,黏連蛋白環中的DNA變成兩條,并形成黏合狀態。

          這項發現揭示了黏合現象的核心機制,然而,據說有時即使不依靠這種機制也會出現黏合,今后研究人員將對此展開研究。他們認為,這樣的研究未來可能揭示細胞分裂異常與癌癥、不孕癥等疾病之間的關系,從而為過去難以治療的疾病提供治療的可能性。

          村山副教授表示,“也許一些疾病的患者很遺憾無法獲得根本性的治愈。但即便如此,這項研究仍具有讓人們更容易制定生活計劃的優勢?!?/p>

          日文:尾崎達也、《日經產業新聞》、2024/2/16
          中文:JST客觀日本編輯部