中心体错综复杂的世界

栗山亮子博士是明尼苏达大学双城分校的教授。她与科迪·费舍尔博士一起研究哺乳动物中心体，这是一种复合细胞器，在哺乳动物体细胞分裂过程中负责染色体分离。Kuriyama和Fisher在美国国家科学基金会的帮助下，研究了中心体成熟的详细复杂性，确定了中心体周物质蛋白Cep215在体细胞有丝分裂中纺锤体的组织中起关键作用。

所有的细胞都必须生长和分裂才能保证宿主的生存。在哺乳动物中，体细胞通过细胞周期进行增殖，细胞周期包括两个主要阶段，间期和有丝分裂(有丝分裂或细胞分裂阶段)。在间期，细胞产生蛋白质和细胞器，复制它们的遗传信息。在有丝分裂(有丝分裂和胞质分裂)中，重复的DNA被平等地分离成新形成的细胞核，产生两个新的细胞。有丝分裂本身包括五个阶段:前期、前中期、中期、后期和末期。在前期，两个被称为中心体的蛋白质结构迁移到细胞的相反端，复制的DNA链开始浓缩。经典的“X”形染色单体，也就是我们所说的“姐妹染色单体”，由着丝粒连接在一起。着丝粒是DNA的一小部分，它将复制的两半结合在一起，在早期细胞中变得很明显。一旦成年体细胞中保护遗传密码的核膜溶解，细胞进入中期，浓缩的染色体在细胞中间排列。

微管是由蛋白质亚基(α/β-微管蛋白二聚体)组成的高度动态聚合物，在细胞分裂时形成，形成一种被称为“有丝分裂纺锤体”的机器(a)。微管可以在细胞内部(a)形成，也可以在间期作为膜结合的胞质突出物在细胞外形成。如果是后者，称为“初生纤毛”的结构是由中心体形成的。它通过蛋白质马达(一种利用微管作为高速公路的分子马达)运送分子，充当感觉天线的作用。在纺锤体中，一些微管直接从中心体产生并延伸到染色体上，在那里它们附着在着丝粒-称为“着丝粒”的邻近蛋白质复合体上。在后期，染色体的两半被拉开并沿着着丝点纤维向细胞相反两极的中心体拖动。在有丝分裂的最后阶段，即末期，染色体的分裂部分解开，在位于细胞极点的每一组染色体周围形成两个新的核膜。最后是细胞质分裂，即细胞质分裂，沿着有丝分裂将细胞膜夹在一起，将单个细胞分裂成两个独立的实体，每个实体都有自己的核膜、遗传信息和一个中心体和纺锤体。细胞分裂完成，两个新的细胞在间期进入细胞周期，开始新的过程。

这种严密调控的分子舞蹈对生命至关重要，然而许多涉及中心体成熟的机制反应仍然难以捉摸。

Centrosome.
中心体，一个微管组织中心(B)，是有丝分裂的主要参与者之一。它是一个复杂的细胞器，控制着决定有丝分裂的复杂步骤。每个中心体由一个母中心粒和子中心粒组成，由中心粒间链连接(C)。中心粒是由9个微管三联体组成的圆柱形结构。中心粒对被中心粒周物质(PCM)包围，这是一种电子密集的各种蛋白质复合物，调节蛋白质运输、降解和成核(C)。在细胞周期中，中心体像染色体一样被复制。进入有丝分裂后，这些重复的中心体经历成熟，其特征是PCM的大量扩张和与之相关的微管数量的增加(D)，由此形成功能双极有丝分裂纺锤体来拉开染色体。中心体成熟过程中涉及大量化合物，从促进分子相互作用的蛋白质介质，到通过运输各种分子和结构动态构建纺锤体的马达蛋白。

二倍体障碍
这种严密调控的分子舞蹈对生命至关重要，然而许多涉及中心体成熟的机制反应仍然难以捉摸。了解这些相互作用的基础科学是必要的，因为这些过程中的异常会导致衰弱性疾病，包括癌症。中心体成熟过程中的错误以及随后的染色体分离也会导致小头症(一种阻碍大脑发育的神经系统疾病)和原始侏儒症(一种损害身体生长和智力发育的遗传疾病)等疾病。这两种疾病都是终身的，目前无法治疗。明尼苏达大学的栗山亮子(Ryoko Kuriyama)教授和科迪·费舍尔(Cody Fisher)博士一直在研究中心体的成熟，旨在阐明PCM中蛋白质的作用和重要性。他们认为，了解中心体成熟背后的基本分子机制将为非整倍体衍生疾病的医疗干预铺平道路，最终改善和拯救生命。

关键人物?
Kuriyama教授及其合作者特别感兴趣的是PCM蛋白Cep215。已知Cep215的突变会导致小头症，但该蛋白在中心体成熟过程中如何发挥作用，以及为何它对正常大脑发育如此重要，目前仍不清楚。哺乳动物Cep215蛋白的同源体在物种间广泛存在，这种高水平的遗传保护表明该蛋白在维持物种的健康和寿命方面发挥着重要作用。缺乏完全功能Cep215的细胞通常显示出不连通的纺锤杆和缺乏一般的微管组织。Kuriyama和她的团队通过一系列实验，确定了Cep215在有丝分裂细胞周期中的结构、功能和作用。

结构解决
为了探索Cep215的结构，栗山实验室检测了沿该蛋白长度的结合域。他们将Cep215切割成一系列更短的肽段，其中一个被他们命名为215N (E)。通过荧光标记这种肽段并在仓鼠细胞中可视化，该团队能够确认215N在有丝分裂期间定位于中心体。215N信号的强烈荧光强度提示研究人员，215N在将整个蛋白Cep215靶向到有丝分裂中心体中起着重要作用。

为了帮助阐明中心体215N结构域的功能，该团队选择探索其与其他已知参与中心体成熟的分子的相互作用。他们之前报道了果蝇Cep215同源物与Aurora A (AurA)的密切关系，因此该蛋白激酶是有丝分裂过程中纺锤体组织所需的蛋白激酶的首选。在有丝分裂细胞中，AurA以其活性(磷酸化，pAurA)和非活性(非磷酸化，AurA)的形式存在。使用针对这两种激酶形式的标记抗体，他们发现pAurA的定位与215N的定位在中心粒显著重叠，特别是在母中心粒的近端。该团队假设，由于如此显著的重叠，这两个分子可能会在这个位置相互作用，并通过耗尽实验对此进行了研究。他们使用RNA干扰(RNAi)，一种使用短双链RNA抑制靶基因表达的方法，首先耗尽有丝分裂pAurA，导致无法检测到的215N水平，然后耗尽215N，再次导致无法检测到的pAurA水平。这些结果表明，215N和pAurA在成熟过程中在中心体上的定位是相互依赖的。

像Kuriyama教授的研究证明了研究基本生物机制的价值和重力。

蛋白质互相依赖
在确认215N和pAurA的相互依赖性后，该团队决定探索215N是否与其他PCM蛋白相互作用。他们选择了Cep192，这是一种中心体蛋白，已知它参与中心粒复制和微管成核到中心体上。通过重复他们的荧光定位实验，研究小组发现Cep192和215N在中心体上共定位相同。在重复他们的RNAi耗竭实验中，他们发现在Cep192耗竭的有丝分裂细胞中，215N在中心体上无法检测到。然而，当215N耗尽时，Cep192仍然定位于中心体，这表明虽然215N和pAurA相互依赖，但只有215N依赖于Cep192。这三个组件在物理上相互作用(E)。

由于该团队已经确认了纺锤极构建蛋白Cep192和215N肽之间的关系，然后他们通过观察215N和中心体的微管成核蛋白γ-微管蛋白之间的关系，研究了Cep215是否在形成纺锤极中发挥了类似的作用。研究人员使用RNAi在有丝分裂细胞中耗竭215N/Cep215，并观察γ-微管蛋白的丰度，发现与使用215N/Cep215的对照组相比，耗竭215N的细胞中保留了高达65%的γ-微管蛋白。这与在有丝分裂中心体中几乎所有γ微管蛋白(约93%)消失的cep192细胞形成鲜明对比，表明Cep215在γ微管蛋白招募中只起很小的作用。

在发现215N在中心体成熟过程中与微管形成所必需的蛋白质相互作用，但在中心体微管聚合过程中很少发挥作用后，研究小组试图阐明它在中心体成熟过程中的真正作用。他们通过检测整个蛋白质(Cep215)耗尽的有丝分裂细胞的表型来做到这一点。在没有Cep215的细胞中，他们发现了广泛的纺锤体异常，从具有短、薄或单一纺锤体的细胞到具有无序纺锤节的细胞。

为了检查这些主轴结，该团队研究了核有机丝仪（NUMA）的分布，这在运输中间的核型装置蛋白（NUMA）的分布在单独地组装的微管中（棱囊组体微管），将其一个端部合并到杆中并附着主轴 -杆纤维到中心体（f）。由于多个未聚焦的主轴端部，其中存在NUMA，杂交的主轴结可能具有高度随机分布的NUMA（G）。该假设得到了证实 - 研究人员指出，在单独的Cep215耗尽的细胞中，以及Cep215，Cep15和Paura的三重耗尽，观察到增加数量的随机分布的NUMa。Kuriyama和她的团队建议这些结果表明，Cep215，Cep192和Paura作为一种蛋白质复合物，通过确保每个主轴杆的中心的Numa的聚焦分布在一起，以使两种类型的MTS，Centosomal和AceNtrosomal的结束一起起作用（F因此，并因此将每个杆的连接到中心组。

基于这些结果，作者提出了CEP215的主要功能是通过将丝状中心体与主轴杆连接，通过其域的相互作用，215n是其中之一，与所属组织的其他PCM蛋白质来组织功能性主轴磁极。成熟。

基本细胞研究：疾病的关键
本研究证明了有丝分裂细胞中中心体成熟的复杂性。中心体成熟本身只是有丝分裂的一个阶段中的一个小但重要的过程，而有丝分裂本身是更广泛的细胞周期的一个阶段。在这个阶段，任何分子的微小变化，以及整个周期，都会对人类的发展产生巨大的影响，小头畸形和原始侏儒症就是一个例子。如果我们不深入了解这些细胞过程，我们就无法对生命中一些最令人衰弱的疾病采取预防措施。栗山教授的研究证明了研究基本生物机制的价值和重要性。