细胞分裂是生命的基础,母细胞必须在这一过程中将DNA精确分配给两个子细胞。而染色体上的着丝粒是细胞成功分裂的关键,这个特殊的DNA区域是纺锤丝微管的附着之处,也是姐妹染色单体相互连接的地方。着丝粒出现问题会导致子细胞染色体异常,引发唐氏综合症等疾病。
研究人员应用一系列生物物理学技术,研究了CENP-A核小体的结构和稳定性。数据显示,这些核小体的结构非常灵活,在没有CENP-C的情况下呈现出松散构象,在存在CENP-C的时候表现为紧凑形态。而且CENP-C诱导的形态改变,与DNA如何围绕核小体有关。
这项研究解决了CENP-A分子在着丝粒上的稳定性问题。在正常条件下,CENP-A有效结合着丝粒而且不放手。研究人员发现,与传统核小体不同,CENP-A根本不从核小体解离。CENP-A从一开始就牢牢粘在着丝粒上,但当细胞缺乏CENP-C时,CENP-A很容易游离开,说明CENP-C决定着CENP-A的稳定性。
近二十年来,人们逐渐发现染色体遗传受到了表观遗传学控制。包括Black在内的研究者们提出,取代常规组蛋白H3的CENP-A,是着丝粒区域关键的表观遗传学蛋白。
核小体一般被认为是静态的支架,功能性分子在其上组装。而这项研究提出了不同于传统观点的表观遗传学模式。Black指出,组蛋白变体和翻译后修饰通过改变形态来影响核小体的生物学特性,而核小体是细胞分裂和基因表达的主动参与者。
“如果着丝粒区域丧失稳定性,染色体和基因就无法正确传递给子细胞。这种灾难性事件是癌细胞的标志之一。如果这种情况发生在精细胞和卵细胞中,就会导致流产或者引发唐氏综合症等疾病。"