2015年9月《Cell》雜志在線(xiàn)發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所研究組和美國(guó)華盛頓卡內(nèi)基研究所研究組的合作論文“Phase Transitions of Spindle-Associated Protein Regulate Spindle Apparatus Assembly”。該研究發(fā)現(xiàn)，有絲分裂調(diào)節(jié)蛋白BuGZ能在生理?xiàng)l件下發(fā)生相變，導(dǎo)致大量的BuGZ分子聚合形成特殊結(jié)構(gòu)。而且，這種相變對(duì)細(xì)胞有絲分裂紡錘體的組裝有重要的促進(jìn)作用。“相變”作為物質(zhì)的一種特性(如水、冰和水蒸氣之間的轉(zhuǎn)換)在物理世界早已廣為人知，但細(xì)胞中蛋白質(zhì)的相變及其生物學(xué)功能的發(fā)現(xiàn)還是鳳毛麟角。

        有絲分裂是細(xì)胞增殖時(shí)染色體均等分離的過(guò)程，對(duì)生命的遺傳穩(wěn)定性至關(guān)重要，而紡錘體(spindle)是負(fù)責(zé)染色體分離的細(xì)胞器，其中由微管蛋白聚合形成的細(xì)胞骨架--微管負(fù)責(zé)結(jié)合、牽拉染色體。鄭詣先教授和朱學(xué)良研究員的實(shí)驗(yàn)室一直通過(guò)合作研究致力于闡釋紡錘體微管之外的基質(zhì)成分(spindle matrix)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和功能，最近曾合作發(fā)現(xiàn)BuGZ對(duì)有絲分裂的高效性和精確性有重要貢獻(xiàn)。在此項(xiàng)研究中，他們共同指導(dǎo)的博士后姜昊及其科研伙伴發(fā)現(xiàn)BuGZ富含進(jìn)化上保守的低復(fù)雜性區(qū)域(low complexity domain)。有趣的是，該區(qū)域可通過(guò)分子間的疏水相互作用使BuGZ形成大小不一的液滴狀結(jié)構(gòu)，并從水溶液中分離出來(lái)。液滴的形成是可逆的，需要適當(dāng)?shù)臏囟群蜐舛?，符合物質(zhì)的相變(phase transition)特征。而且，BuGZ形成的液滴可以富集微管蛋白、促進(jìn)微管聚合，并使微管成束。BuGZ還能在微管上發(fā)生相變，且微管的存在能大大降低BuGZ發(fā)生相變所需的濃度。更重要的是，BuGZ的相變促進(jìn)了紡錘體基質(zhì)的組裝和紡錘體的形成。這些發(fā)現(xiàn)為有絲分裂的調(diào)節(jié)機(jī)理提供了新的概念和知識(shí)，并為該領(lǐng)域的研究開(kāi)啟了一扇新大門(mén)。

圖：BuGZ在體外(in vitro)和體內(nèi)(in vivo，紡錘體形成階段)的相變及其功能示意圖。黑白顯微圖片為BuGZ形成的液滴。彩色圖展示有絲分裂細(xì)胞中的BuGZ(紅色)、紡錘體微管(綠色)和染色體(藍(lán)色)。