一种前所未见的细胞分裂基质被发现

几十年来，细胞分裂一直吸引着研究人员。如果没有纺锤体将染色体整齐地组织成两组，每个子细胞一组，这个过程就不可能发生。人们普遍认为纺锤体是由一系列把染色体放在合适位置的丝组成的，但可能还有更多的原因。这当然是来自爱荷华州立大学的约翰·约翰森博士和克里斯汀·约翰森博士的实验室的观点，他们的工作开始指向一个嵌入纺锤体的纺锤体基质，这有助于可靠的细胞分裂。

细胞分裂-或有丝分裂-是最有趣和迷人的研究领域之一。在几小时内，细胞经历了一次非同寻常的重组，因为它准备产生两个子细胞，每个子细胞都有一整套染色体。这种分裂的一个重要因素是有丝分裂纺锤体。

这个纺锤体由一组筒状的长丝组成，它的主要功能是将杂乱的染色体引导成两组整齐排列的染色体，每组染色体对应一个子细胞。纺锤体的细丝被称为微管，是由一种叫做微管蛋白的蛋白质组成的。

自20世纪20年代以来，研究人员一直在跟踪细胞周期，并拍摄纺纱细胞的照片，到70年代，他们能够通过观察荧光微管蛋白活细胞来观察纺纱细胞的活动。到目前为止，人们普遍认为，在细胞分裂过程中，纺锤体是确保染色体正确分离所真正需要的。然而，来自爱荷华州立大学的约翰森团队却与之背道而驰，他们认为这不仅仅是纺锤。

这种包含纺锤的额外东西的想法并不新鲜。早在上世纪60年代，一些研究小组就提出，纺锤需要一个“母体”来运转。但这个想法并没有被接受，因为大多数研究小组选择专注于纺锤丝，因为纺锤丝更容易操纵和控制，而不是追逐这种幽灵般的成分。然而，最近一些研究开始揭示纺锤体的复杂性达到了一个新的水平。事实证明，不仅有微管，但这种“基质”的分子性质和结构组成仍然是一个谜。它的识别如此难以捉摸的原因之一是，人们认为单个成分在细胞中发挥着各种各样的作用，不一定与细胞分裂有关。这让我们很难找出每个主角，因为任何影响其行为的方式都将产生多种反应。

至少含有四种蛋白质的基质
约翰森夫妇于1996年加入了这场争论，当时他们偶然发现了一种行为怪异的蛋白质。出于对这种奇怪行为的好奇，两人鉴定出了这种蛋白质，并将其命名为骷髅。随后鉴定了其他三种蛋白- Megator, Chromator和EAST。这四种蛋白质都有一个相似的模式，在纺锤体出现时形成一个椭圆形。即使在细胞分裂过程中加入破坏纺锤体的化学物质，基质仍然存在。对研究人员来说，这是有丝分裂中除了微管蛋白还有其他物质参与的第一个暗示，而这些物质是正常细胞分裂所必需的。

爱荷华州立大学的研究小组已经证明，在染色质基因突变的果蝇表现出纺锤体缺陷。

有缺陷的基体会导致主轴缺陷
这些令人着迷的结果促使约翰森夫妇寻找纺锤状基质的确凿证据。接受这一观点的主要障碍之一是，其他研究小组试图通过寻找破坏有丝分裂纺锤体（在组装、形状或功能方面）的基因突变来追踪这些蛋白质，而这四种蛋白质在他们的搜索中从未出现过。

作为回应，爱荷华州立大学的研究小组发现，染色质基因突变的果蝇表现出纺锤体缺陷，包括微管中断和不完整，染色体没有清晰的极跟随。不出所料，染色体没有正确分离，许多染色体丢失或分散。重新引入正常基因纠正了问题，现在细胞能够成功分裂。尽管有这些令人鼓舞的结果，但现在说观察到的问题是由于纺锤体矩阵的缺失造成的还为时过早。

眼见为实
先前的证据可能已经开始描绘出爱荷华州立大学研究人员发现的蛋白质可能的功能，但仍然没有明确和无可争议的迹象显示纺锤体的功能基质。为了得到这一证据，研究小组对果蝇细胞进行了活体成像，并观察到一个活跃的粘性纺锤体基质嵌入微管纺锤体，从一根杆子延伸到另一根杆子。这就好像微管充当了能够拉伸纺锤体基质的“支柱”。

这些观察结果显然与刚性结构不相容，而是让人联想到一个高度动态的粘性基质在凝胶状网格中编织大量蛋白质的图像。研究人员认为，这些数据是纺锤体存在的直接证据
并为更全面地了解微管动力学和细胞分裂过程中纺锤体的特性打开了大门。

阻塞纺锤体基质形成
尽管对纺锤体已有数十年的了解，但研究人员仍在努力理解需要靠近纺锤体的细胞周期调节器是如何保持其位置的，而不需要的蛋白质是如何保持其位置的。很显然，在没有膜（典型的其他细胞组件）的情况下，将纺锤体建造在“开放”的位置，必须有一种替代方法来隔离纺锤体区域。对于研究人员来说，下一个关键步骤是看看纺锤矩阵是否能解决这个难题。答案是肯定的，因为阻断微管纺锤体的形成并没有改变一系列细胞分裂关键蛋白质的正常分布模式；但是阻止纺锤体基质的形成（通过阻断四种蛋白质中的一种），完全破坏了蛋白质的动力学，阻止了细胞分裂。

研究基质的一种方法是将其作为一个框架来管理参与细胞分裂的蛋白质在物理上是如何被限制在纺锤体区域内的。

越来越多的证据支持纺锤体基质的作用，因为它的形成似乎是驱动细胞分裂的重要蛋白质正确分布的关键步骤。研究基质的一种方法是将其作为一个框架来管理参与细胞分裂的蛋白质在物理上是如何被限制在纺锤体区域内的。

保持锭子整洁
这一理论尚未解决的问题是核膜的潜在作用。研究人员知道，在细胞分裂期间，当遗传物质重新组织成离散的染色体时，核膜就会解体，纺锤丝开始侵入细胞核所在的空间。有人认为，这层膜会形成一个“纺锤体包膜”，以使该区域免受阻碍纺锤体组装的大型细胞器的侵袭。

然而，约翰森夫妇有一个不同的假设。对于研究人员来说，所有不属于纺锤体附近的东西都受到纺锤体基质的控制，其中包括解体的核膜。使用荧光膜标签可以清楚地看到这一点，荧光膜标签聚集在基质的外围，但实际上并没有进入基质内部。至关重要的是，微管总是被允许进入基质，在那里它们准备形成纺锤体。

纺锤体基质生物学这一迷人领域的未来是光明的。还有许多其他的例子是，在没有物理膜的情况下，连接一系列组件来执行任务。这些将是计划未来研究的灵感来源，以了解基质内的相互作用如何促进细胞分裂的调节。