Only Perception: 染色體「黏膠」使科學家驚訝

2011-03-01

染色體「黏膠」使科學家驚訝

Chromosome 'glue' surprises scientists
http://www.physorg.com/news192369966.html

May 6, 2010

稱為 cohesins（黏合素）的蛋白質確保新複製的染色體能結合在一起、在細胞分裂期間正確地分離，以及在 DNA 受損後能有效地被修復。 Carnegie 研究所的科學家率先發現，cohesins 在不同濃度下確實有不一樣的功能。

這項發現幫助解釋某些發展失調，諸如 Cornelia de Lange 症候群（CdLS）以及 Roberts 症候群，如何在不影響對發展至為關鍵的細胞分裂下形成。這項研究之所以可行，是由於科學家為膜結合細胞（membrane-bound cells，稱為真核生物）所開發的一種新技術。此新技術能使科學家逐步減少活細胞內某種蛋白質的濃度。這篇論文（於 May 6, 2010 發表在線上，接著在 May 25, 2010 的 Current Biology 印刷版出版），為發展失調（developmental disorders）更好的理解以及其他具多重功能之蛋白質的研究，開啟了大門。

"最大驚奇之一是，細胞分裂過程只需要少量的 cohesin（這種蛋白「膠」使複製好的染色體能結合在一起），而細胞分裂過程正是我們所以為的、 cohesin 的主要角色，" Carnegie 胚胎學系的第一作者 Jill Heidinger-Pauli 表示。

一個（真核）細胞有四大階段的生命週期：生長（growth，譯註：生長一般用 Gap1 與 Gap2 稱之）、合成（synthesis）、生長、有絲分裂（mitosis）。在合成期期間，細胞核內的 DNA 被複製，並產生二個一模一樣的子染色體，稱為姊妹染色分體（sister chromatids）。這些雙胞胎直到細胞準備分裂之前都得連在一起。這個片刻發生在細胞週期最後一階段，有絲分裂階段，在此，染色體濃縮，稱為紡錘體（spindles）的纖維結構形成。Cohesin 會使這些姊妹適當地黏合，直到紡錘體將眾姊妹拉到細胞兩側時刻來臨。細胞接著分裂成二個，導致二個在遺傳上完全相同的細胞。對於細胞分裂之外的其他過程而言，cohesin 也很重要。在 DNA 濃縮以及 DNA 損害修復上，cohesin 也扮演關鍵角色。Cohesin 將姊妹染色分體黏在一起，使 DNA 修補更加便利。因為其中一個 DNA 受損，另一個姊妹可用來當成修補用的樣板。這對於預防遺傳資訊損失至關緊要。

為了監測這些不一樣的過程需要多少 cohesin，研究者利用一種遺傳技巧，那讓終止密碼子（stop codon）間或為某種胺基酸編碼（譯註：參見維基百科 Stop codon 條目）。三個 DNA 鹼基（核苷酸）為一組形成密碼子，那不是為某種特殊胺基酸編碼，就是停止 DNA 序列的轉譯。如果轉譯過程因為終止密碼子的插入而過早停止，那麼將無法形成一個功能完整的蛋白質。研究者將一個以上的終止密碼子提早插入一段為 cohesin 蛋白編碼的 DNA 序列中。這通常會導致細胞死亡，不過，研究者已插入另一種突變，稱為 SUP53，到細胞中，那導致完整長度的 cohesin 蛋白偶爾被製造出來。這種方法導致 cohesin 的產量減少，但不會改變 cohesin 被製造的時機，或是其胺基酸順序。

"我們發現 DNA 修補、染色體濃縮以及 DNA 序列穩定地重複全都因 cohesion 減少至正常濃度的 30% 而受損（compromised），" Heidinger-Pauli 強調。有趣的是，即使濃度只有正常的 13%，姊妹染色分體內聚（cohesion）與染色體分離（segregation）仍不受影響。我們也觀察 cohesin 的數量減少如何改變它與染色體之間的互動。在正常情況下，cohesin 可結合至染色體所有區域，不過我們發現，當細胞只有少量的 cohesin 時，cohesin 偏好結合至染色體的中心。我們先前並不知有此階層存在，而那幫忙解釋為何某些 cohesin 功能會比其它的受更多影響。"

※ 相關報導：

＊ Systematic Reduction of Cohesin Differentially Affects Chromosome Segregation, Condensation, and DNA Repair
http://www.cell.com/current-biology/abstract/S0960-9822(10)00455-0

Jill M. Heidinger-Pauli, Ozlem Mert, Carol Davenport,
Vincent Guacci, and Douglas Koshland
Current Biology, Volume 20, Issue 10, 957-963, 06 May 2010
doi: 10.1016/j.cub.2010.04.018