单个细胞通过有丝分裂的过程进行分裂，在此过程中，细胞复制的DNA被分离到两个子细胞中。尽管细胞生物学最近取得了进展，但人们对有丝分裂过程中DNA凝聚的机制仍然知之甚少。研究人员最近追踪了缠绕在组蛋白上的小片段DNA，即核小体，以更好地描述细胞分裂过程中核小体的行为。
DNA被组织成染色质，染色质是由DNA、RNA和蛋白质组成的动态结构，它们调节基因表达的可及性和细胞内遗传物质的整体结构。例如，组蛋白是带正电荷的蛋白质，可与带负电荷的DNA结合。DNA缠绕这些组蛋白形成核小体，这有助于将近六英尺长的人类基因组DNA浓缩成仅10微米宽的细胞核。
在有丝分裂过程中，DNA会先凝缩，然后被分配到两个子细胞中。一种名为凝缩蛋白的蛋白质复合物参与了凝缩染色体的组装。然而，研究人员仍不确定细胞在细胞分裂过程中如何实现染色体组装。
为了解决这个问题，日本三岛国立遗传学研究所(信息与系统研究组织(ROIS)的一部分)的一组研究人员利用单核小体成像揭示了在活细胞有丝分裂过程中导致染色体组织和压缩的因素。
该团队于8月25日在《自然通讯》上发表了这项研究。
“有丝分裂染色体组装是细胞分裂过程中将复制的染色体传递给两个子细胞的重要过程。虽然凝缩蛋白等蛋白质因子在此过程中发挥关键作用，但尚不清楚核小体(染色质的组成部分)在染色体组装过程中的行为方式以及凝缩蛋白如何作用于核小体来组织染色体。
日本三岛国立遗传研究所和综合研究大学(SOKENDAI)教授KazuhiroMaeshima表示：“为了研究这些问题，我们使用超分辨率显微镜追踪了活体人类细胞分裂过程中单个核小体的运动。”
研究小组观察到，与间期细胞相比，有丝分裂期间核小体受到的限制要大得多。在细胞分裂的特定阶段——后期，染色体被移动到细胞的相反极时，核小体受到的限制最大。这些限制在细胞分裂的最后阶段——末期得到放松，此时染色体开始解压缩。
该团队还进行了凝聚蛋白耗竭实验，以研究有丝分裂期间的限制过程。他们发现，凝聚蛋白耗竭会导致染色体形状异常，并增加核小体运动。这一观察结果支持染色体组织模型，其中凝聚蛋白形成环以限制核小体。重要的是，横滨市立大学的YujiSakai能够使用计算模型重现他们的观察结果。
“我们的研究结果表明，在细胞分裂过程中，染色体组装时，核小体的运动受到越来越大的限制。凝聚蛋白的功能类似于&luo;分子交联剂&ruo;，将核小体固定在适当位置，从而组织染色体。此外，在组蛋白尾巴的推动下，核小体之间的相互作用有助于进一步压缩染色体，”国立遗传学研究所和综合研究开发机构的KayoHibino说道。
该团队的计算建模和染色体外围缺乏凝聚蛋白表明，有丝分裂期间其他制约因素可能导致染色体凝聚。通过使用试剂曲古抑菌素A(TSA)减少组蛋白上的正电荷，研究人员观察到核小体运动增加，类似于凝聚蛋白耗竭实验的结果。
总体而言，研究小组发现，在有丝分裂过程中，凝聚蛋白通过形成环状结构将核小体限制在染色体轴周围，而通过组蛋白尾部的核小体-核小体相互作用则有助于整体染色体凝聚。需要进一步研究以确定凝聚蛋白如何形成DNA环状结构，以及核小体-核小体相互作用和环状结构如何相互作用以组装染色体。
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