日本国立遗传学研究所的研究团队人工再现了细胞内的现象，明确了与细胞分裂有关的蛋白质的详细功能。癌症、遗传性疾病和不孕症等疾病通常被认为与细胞分裂异常有关。随着对细胞内现象的研究与解析，预计在2050年左右，这些疾病的治疗可能会发生革命性变化。
从培养的酵母细胞中提取出与染色体黏合有关的蛋白质（供图：日本国立遗传学研究所）
细胞分裂前发生“染色体分配”的显微照片，图中可见纺锤体将染色体精确分开（供图：日本国立遗传学研究所）
携带遗传信息的DNA在细胞内以染色体的形式紧密折叠。在细胞分裂时，染色体复制并通过称为纺锤体的结构均匀地分配给两个细胞。这种分配的关键在于复制体之间的暂时黏合机制。如果此机制失效，两个复制体可能会移动到同一细胞中，从而导致细胞分裂后染色体条数的差异。
染色体分配错误被认为与多种疾病相关。例如，目前已证实，许多癌细胞的染色体结构或条数会产生异常。据信，染色体分配错误可能会引起基因功能失常或蛋白质功能异常，进而导致癌变。染色体分配错误也与遗传性疾病和不孕症等密切相关。
尽管细胞分裂是生物的基础现象，但相关分子机制的细节尚不清楚。日本国立遗传学研究所的村山泰斗副教授领导的研究团队于1月份揭示了能够黏合染色体复制体的黏连蛋白（cohesin）的蛋白质作用机制，并在英国科学杂志《自然》上报告了这一研究成果。黏连蛋白已知具有环状结构，并且能够将复制体捆绑在一起，但是复制体是如何进入其环状结构中的，这一点此前尚不明确。
与细胞内部的DNA相关联并发挥功能的蛋白质有数千种，直接研究细胞以解析其功能十分困难。为此，研究团队采用了一种在试管内等环境中模拟细胞内现象的“生化重建（biochemical reconstitution）”方法。研究人员从酵母细胞中提取了30多种与DNA复制或染色体黏合有关的蛋白质，并将其置于试管中进行分析。这一过程类似于解体细胞并重新组装其中一些组件。
尽管黏连蛋白由四种蛋白质组成，但仅仅将其放入试管中并不能形成正常的结构。为了模拟黏连蛋白在细胞内的状态，研究人员反复调整了温度和溶液浓度等环境条件，直到能够重现在细胞内的状态。
实验结果表明，黏连蛋白首先会附着在复制前的DNA上，当与执行复制的酶发生碰撞后，它会将DNA捕获到内部并阻止其脱落。随后，经过进一步复制，黏连蛋白环中的DNA变成两条，并形成黏合状态。
这项发现揭示了黏合现象的核心机制，然而，据说有时即使不依靠这种机制也会出现黏合，今后研究人员将对此展开研究。他们认为，这样的研究未来可能揭示细胞分裂异常与癌症、不孕症等疾病之间的关系，从而为过去难以治疗的疾病提供治疗的可能性。
村山副教授表示，“也许一些疾病的患者很遗憾无法获得根本性的治愈。但即便如此，这项研究仍具有让人们更容易制定生活计划的优势。”
日文：尾崎达也、《日经产业新闻》、2024/2/16
中文：JST客观日本编辑部
