美國Stowers醫(yī)學(xué)研究所的科學(xué)家開發(fā)了一種在復(fù)合體中計數(shù)熒光分子的新方法，并通過該方法解決了細(xì)胞生物學(xué)界的熱點(diǎn)爭議，即DNA如何組成著絲粒。這一研究成果有助于人們理解細(xì)胞分裂機(jī)制，和細(xì)胞避免分裂后出現(xiàn)染色體數(shù)異常的方式。

著絲粒是介導(dǎo)染色體分離的特殊結(jié)構(gòu)，位于姐妹染色單體“X”型交匯點(diǎn)，是在細(xì)胞分裂時連接兩個姐妹染色單體的DNA結(jié)構(gòu)。細(xì)胞分裂時，細(xì)胞內(nèi)的復(fù)雜機(jī)制抓住著絲粒，將姐妹染色單體分別拉到細(xì)胞兩端，使其各自進(jìn)入兩個子細(xì)胞。

在著絲粒處，DNA短鏈圍繞著蛋白核心形成核小體。酵母中位于核小體中心的蛋白是Cse4，且這種蛋白只位于核小體中。日前，Stowers的副研究員Jennifer Gerton博士通過活細(xì)胞成像技術(shù)揭示了著絲粒蛋白核心的組成。文章發(fā)表在２０１２年７月２０日的Cell雜志上。

“由于著絲粒具有維持基因組穩(wěn)定性的重要作用，了解著絲粒非常關(guān)鍵，”Gerton說?！叭旧w缺失對于任何細(xì)胞來說都是災(zāi)難性的。而這如果發(fā)生在精子或卵子中，就會造成唐氏綜合癥等疾病?！?/SPAN>

此前人們發(fā)現(xiàn)的著絲粒結(jié)構(gòu)至少有６種，也引發(fā)了大量爭議。研究人員分別在釀酒酵母和哺乳動物細(xì)胞中，研究了細(xì)胞分裂的機(jī)制。 研究顯示，著絲粒核小體在細(xì)胞分裂期間會改變其組成，這就解釋了為何人們觀察到了不同的核小體結(jié)構(gòu)，原因很可能是觀察的細(xì)胞分裂階段不同?！?/SPAN>

研究人員使酵母細(xì)胞表達(dá)連有綠色熒光蛋白GFP的Cse4蛋白，并結(jié)合了兩種顯微分析方法來進(jìn)行檢測，在活細(xì)胞中跟蹤并計數(shù)著絲粒核小體的Cse4分子。這項研究對于顯微鏡工作者來說，就是能在酵母細(xì)胞內(nèi)的一個熒光點(diǎn)中觀察到多少GFP份子。

研究人員結(jié)合了熒光關(guān)聯(lián)譜技術(shù)FCS和calibrated imaging，這聽起來挺復(fù)雜，不過實際上結(jié)果分析都用不著計算器。

酵母細(xì)胞有16個染色體，各帶有一個著絲粒。如果各著絲粒只含有一個拷貝的Cse4，那么每個細(xì)胞中的熒光點(diǎn)就應(yīng)該比單個GFP分子亮16倍。事實也的確如此，只不過僅在細(xì)胞分裂前。一旦姐妹染色單體分離并移動到細(xì)胞兩端，細(xì)胞分裂進(jìn)入后期，信號的強(qiáng)度就增加了。

研究人員意識到細(xì)胞分裂早期觀察到的16個Cse4-GFP分子，在后期變?yōu)?/SPAN>32個Cse4-GFP分子。這使他們非常驚訝，因為這意味著核小體的組成在改變。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞分裂后期，著絲粒核小體的一個組分Scm3被踢出核心復(fù)合體，被額外的Cse4分子取代，改變了著絲粒的形態(tài)和大小。

文章第一作者Manjunatha Shivaraju博士通過另一個途徑驗證了該發(fā)現(xiàn)。研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞分裂后期著絲粒處兩個Cse4分子發(fā)生了相互作用，Cse4編入而Scm3缺失。上述現(xiàn)象只在細(xì)胞分裂后期出現(xiàn)，支持了顯微觀察的結(jié)果。研究人員還發(fā)現(xiàn)，在酵母和人體細(xì)胞中核小體發(fā)生上述結(jié)構(gòu)改變的時機(jī)不同，但人體細(xì)胞著絲粒和酵母著絲粒都在細(xì)胞周期中經(jīng)歷了相似的動力學(xué)變化。

細(xì)胞分裂錯誤會帶來災(zāi)難性的后果，大多數(shù)癌細(xì)胞都是非整倍體（細(xì)胞中的染色體數(shù)量異常），而了解著絲粒能夠幫助人們在分子水平上了解非整倍體的發(fā)生。

這項研究不僅解決了細(xì)胞生物學(xué)界有關(guān)著絲粒結(jié)構(gòu)的爭議，同時也強(qiáng)調(diào)了酵母作用為模式生物的可行性。核小體結(jié)構(gòu)在人體細(xì)胞和酵母中的保守性，說明酵母是研究細(xì)胞分裂分子機(jī)制的理想模型。