科學家們發現了一種分子機制，它賦予正在分裂的人類細胞中的染色體以特殊的物理特性，使它們能夠忠實地傳送到後代。研究小組展示了一種化學修飾如何在染色體上建立一個尖銳的表面邊界，從而使它們能夠抵禦紡錘體微管的穿孔。研究人員來自奧地利科學院分子生物技術研究所(IMBA)的Gerlich研究小組，他們的發現於8月3日發表在《自然》雜誌上。

在細胞分裂過程中，必須精確地將一個基因組拷貝運送到兩個子細胞中的每一個。忠實的基因組分離需要將極長的染色體DNA分子包裝成離散的體。這使得它們能夠被有絲分裂紡錘體有效地移動，這是一個由成千上萬的微管組成的絲狀系統。IMBA的Gerlich研究小組的新發現揭示了有絲分裂染色體如何抵抗微管產生的持續推拉力。IMBA小組負責人Daniel Gerlich說：“在這個複雜的系統中，通過改變組蛋白乙酰化的水平賦予染色體不同的物理特性，這是染色質纖維內的一種化學修飾。”

之前的研究表明，在分裂的細胞中，染色質纖維被一種叫做凝集素的大型蛋白質複合物折疊成環狀。然而，單單是凝集素的作用並不能解釋為什麼染色體會呈現為具有尖銳表面的緻密體，而不是類似於瓶蓋的鬆散結構。一些研究表明，組蛋白乙酰化在調節細胞分裂期間的壓實程度方面發揮了作用，但組蛋白乙酰化與凝集素的相互作用及其功能相關性仍不清楚。Gerlich說：“通過我們的工作，我們現在能夠從概念上拆分這兩種機制。”

科學家們改變了凝集素和組蛋白乙酰化的水平，以研究它們的精確影響。去除凝集素破壞了分裂細胞中染色體的修長形狀，降低了它們對拉力的抵抗力，但並不影響它們的壓實程度。將凝集素的耗竭與增加組蛋白乙酰化水平的處理相結合，在分裂的細胞中引起大量的染色質解壓，並使染色體被微管穿透。

研究小組假設，在整個細胞週期的大部分時間裡，染色質被組織成一個膨脹的凝膠（當它的乙酰化程度相對較高時），而在細胞分裂期間，當乙酰化水平全面下降時，這種凝膠被壓縮成不溶性的形式。然後他們開發了一種檢測方法，通過將有絲分裂的染色體分割成小塊來探測染色質的可溶性。有絲分裂染色體的片段形成液態染色質的液滴，但當乙酰化水平提高時，染色質片段就會溶解在細胞質中。這些觀察結果支持一個模型，即有絲分裂期間染色質乙酰化的全面減少建立了一個具有尖銳相界的不融合的染色質凝膠，為抵抗微管穿孔提供了一個物理基礎。

通過涉及體外重組的純染色質的進一步實驗，以及通過探測各種可溶性大分子對染色質的訪問，研究人員發現，不融合的染色質形成了一個密集的負電荷的結構，排除了帶負電荷的大分子和微管。

“我們的研究表明，凝集素複合體的DNA環是如何與染色質相分離過程合作的，以建立有絲分裂染色體，抵抗紡錘體施加的拉和推的力量。”Daniel Gerlich總結說：“因此，細胞分裂過程中組蛋白的去乙酰化賦予了染色體獨特的物理特性，這是染色體的忠實分離所需要的。”