2015年9月《Cell》雜志在線發(fā)表了中國科學院上海生命科學研究院生物化學與細胞生物學研究所研究組和美國華盛頓卡內(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能在生理條件下發(fā)生相變，導致大量的BuGZ分子聚合形成特殊結(jié)構(gòu)。而且，這種相變對細胞有絲分裂紡錘體的組裝有重要的促進作用。“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，但細胞中蛋白質(zhì)的相變及其生物學功能的發(fā)現(xiàn)還是鳳毛麟角。

        有絲分裂是細胞增殖時染色體均等分離的過程，對生命的遺傳穩(wěn)定性至關(guān)重要，而紡錘體(spindle)是負責染色體分離的細胞器，其中由微管蛋白聚合形成的細胞骨架--微管負責結(jié)合、牽拉染色體。鄭詣先教授和朱學良研究員的實驗室一直通過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對有絲分裂的高效性和精確性有重要貢獻。在此項研究中，他們共同指導的博士后姜昊及其科研伙伴發(fā)現(xiàn)BuGZ富含進化上保守的低復雜性區(qū)域(low complexity domain)。有趣的是，該區(qū)域可通過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。液滴的形成是可逆的，需要適當?shù)臏囟群蜐舛龋衔镔|(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)機理提供了新的概念和知識，并為該領(lǐng)域的研究開啟了一扇新大門。

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胞中的BuGZ(紅色)、紡錘體微管(綠色)和染色體(藍色)。