著絲粒是基因組中的特殊區(qū)域，是能通過顯微鏡識別的交叉形染色體的主縊痕。細(xì)胞骨架在細(xì)胞分裂過程中牽連著著絲粒將染色體平均分配到兩個子細(xì)胞中。在過去的研究中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)在大多數(shù)生物中染色體的位置并不取決于DNA的序列。

近期來自德國馬普免疫生物和表觀遺傳研究所的科學(xué)家們在新研究中證實一種DNA的包裝蛋白——組蛋白CenH3對染色體著絲粒的定位、功能和遺傳起決定性作用。這一研究發(fā)現(xiàn)或?qū)⒂兄谘芯咳藛T開發(fā)出可用于醫(yī)學(xué)基因治療的人類人工染色體（artificial human chromosomes），相關(guān)研究論文發(fā)表在11月4日的《科學(xué)》(Science)雜志上。

著絲粒為蛋白質(zhì)復(fù)合體即動粒的形成提供平臺。在細(xì)胞分裂過程中，動粒為細(xì)胞骨架提供一個附著點(diǎn)，確保染色體向著細(xì)胞的兩極移動。大多數(shù)生物體著絲粒的位置都不取決于DNA序列，而是受到表觀遺傳學(xué)調(diào)控。唯一的例外就是單細(xì)胞的真菌面包酵母是通過特異的DNA序列“編碼”著絲粒的位置。

此前，研究人員發(fā)現(xiàn)H3組蛋白的一種變異體即CenH3有可能是一種特殊的著絲粒表觀遺傳學(xué)標(biāo)記物。組蛋白與DNA結(jié)合很大程度上不依賴于內(nèi)部序列，并可幫助包裝長線狀的DNA分子。CenH3獨(dú)特地存在于各種生物體著絲粒的DNA區(qū)域。在新研究中來自德國馬普免疫生物和表觀遺傳學(xué)研究所.Patrick Heun研究小組以及德國亥姆霍茲聯(lián)合會（Helmholtz Research Center）的研究人員發(fā)現(xiàn)僅靠CenH3就足以引發(fā)著絲粒形成。

在一系列實驗中，研究人員將CenH3組蛋白裝配到了人工附著的DNA結(jié)合區(qū)域，使這一蛋白能夠與沒有正常著絲粒形成的DNA區(qū)域結(jié)合。隨后在細(xì)胞分裂過程中，出現(xiàn)了一個功能性的動粒，并與細(xì)胞骨架相互作用。利用這種方法，研究人員成功地在細(xì)胞分裂過程中將人工微型染色體分配到了兩個子細(xì)胞中。這一蛋白還能分別招募其他的CenH3蛋白?！斑@確保了在每次細(xì)胞分裂后著絲粒上有足夠的CenH3。不會隨著細(xì)胞分裂而使CenH3蛋白數(shù)量減半。通過這種方式，著絲粒的位置就能夠代代相傳下去，”Heun說。

在面部酵母中由DNA確定的著絲粒位置通常是一成不變的，而由蛋白確定的著絲粒位置則更容易發(fā)生改變，這有可能在進(jìn)化中發(fā)揮了某些作用。盡管包含著高達(dá)數(shù)百萬個DNA組成元件，著絲粒還是可以“跳躍”到其他位置而不引起DNA移動。因此，在某些罕見的情況下，新著絲粒有可能會在密切相關(guān)的猿類物種中出現(xiàn)。這些新著絲有可能促成了某些新物種的出現(xiàn)。

此外，了解CenH3對于著絲粒的中心作用對于醫(yī)藥研發(fā)也具有非常重要的意義。科學(xué)家們或有可能制造出人類人工染色體替代病毒用于基因治療。