塑造著絲粒分布的“世紀之謎”被解開了！

自1800年代以來，科學家們已經注意到細胞核中著絲粒的分布問題。著絲粒是一種特殊染色體區域，對細胞分裂至關重要，但其分布的決定機制和生物學意義仍懸而未決。日本東京大學團隊最近提出了一種塑造著絲粒分布的兩步調節機制。研究表明，細胞核中的著絲粒結構在維持基因組完整性方面發揮著作用。研究成果發表在《自然·植物》上。

上圖顯示非RABL配置，洋紅色的著絲粒分散在綠色的細胞核中；下圖顯示RABL配置，著絲粒在細胞核中分布不均。

在細胞分裂過程中，一種稱為著絲粒的特殊染色體結構域被拉到細胞的兩端。細胞分裂完成并形成細胞核后，著絲粒則分布在細胞核中。如果拉向兩極的著絲粒分布保持不變，則細胞核的著絲粒僅集中在細胞核的一側。這種著絲粒的不均勻分布被稱為瑞伯（Rabl）構型，以19世紀細胞學家卡爾·瑞伯的名字命名。一些物種的細胞核反而呈現出分散分布的著絲粒，這被稱為非Rabl構型。

研究人員表示，幾個世紀以來，Rabl或非Rabl構型的生物學功能和分子機制一直是個謎，現在他們成功地揭示了構建非Rabl構型的分子機制。

團隊研究了植物擬南芥和一種已知具有非Rabl構型的標本，其突變形式具有Rabl構型。他們發現，稱為凝聚素II(CII)的蛋白質復合物和稱為核骨架與子骨架（LINC）復合物連接子的蛋白質復合物會共同作用，以確定細胞分裂過程中的著絲粒分布。

隨后，團隊分析了擬南芥及其Rabl結構突變體中的基因表達，發現當施加DNA損傷壓力時，突變體的器官生長速度比正常植物慢，這表明器官生長需要精確控制著絲粒空間排列以響應DNA損傷壓力，并且非Rabl和Rabl的生物體對DNA損傷壓力的耐受性沒有差異。這些發現將帶來技術進一步發展，以適當的空間排列方式在細胞核中人工排列DNA，從而使創造抗壓力生物成為可能，并通過改變DNA的空間排列而不是編輯其核苷酸序列來賦予新的特性和功能。

著絲粒是連接一對姐妹染色單體的特化DNA序列，主要被視為引導染色體行為的基因座。如文中所說，著絲粒分布有兩種構型，但這些構型的生物功能和分子機制幾個世紀以來一直是個謎。此時擬南芥又出場了，它是進行遺傳學研究的好材料。科研人員通過擬南芥發現了著絲粒分布的兩步調控機制，在探索其生物學意義后，他們意識到DNA在細胞核中的適當空間排列對應激反應很重要，或將引導開發出新的技術，用新方法賦予生物體新功能。