近日,中科院強磁場科學中心張欣課題組與陸輕鈾課題組以及哈佛醫(yī)學院Timothy Mitchison院士合作,利用強磁場科學中心大科學裝置四號水冷磁體,首次發(fā)現(xiàn)27T強穩(wěn)態(tài)磁場能夠顯著改變?nèi)祟惣毎薪z分裂紡錘體的排布方向及形態(tài),這也是目前國際上唯一一例20T以上強穩(wěn)態(tài)磁場下的細胞生物學效應研究。該研究成果以“27 T Ultra-high Static Magnetic Field Changes Orientation and Morphology of Mitotic Spindles in Human Cells”為題在線發(fā)表在國際知名生物學期刊eLife(DOI:?http://dx.doi.org/10.7554/eLife.22911)上。
細胞有絲分裂是親代細胞將遺傳物質(zhì)等精確平均地分配到兩個子代細胞的過程,是決定細胞命運的關鍵步驟,對維持細胞的正常生理功能和生物體的生長發(fā)育至關重要。有絲分裂紡錘體是細胞在有絲分裂過程中形成的形似紡錘結(jié)構的特殊細胞器,并伴隨著有絲分裂的進程而高度動態(tài)變化,從而調(diào)控染色體的正確排列和分離。因此,它的正確組裝和取向決定了有絲分裂過程在時間和空間上的準確性。而微管蛋白是有絲分裂紡錘體的主要組成成分,其組裝和去組裝決定了整個紡錘體的形態(tài)。
目前的研究表明,純化的微管能夠在中高強度的磁場下整齊排列,并且排列的效果與磁場強度呈顯著正相關。人們推測微管是磁場作用于有絲分裂紡錘體的重要靶點,然而卻一直缺乏細胞水平的實驗驗證。同時,由于磁體條件等的限制,目前國際上對于穩(wěn)態(tài)磁場下的生物樣品最高研究到17T,而20T以上的生物學效應研究尚屬空白。
張欣課題組與陸輕鈾課題組依托中科院強磁場科學中心的大科學裝置,初步建立起一套可以應用于不同磁體的生物樣品孵育系統(tǒng),并與哈佛醫(yī)學院的Mitchison院士合作,在27T的穩(wěn)態(tài)均勻強磁場下利用人鼻咽癌細胞(CNE-2Z)和人視網(wǎng)膜上皮細胞(RPE1)研究了有絲分裂紡錘體的排布方向及形態(tài)變化。實驗結(jié)果顯示,27T穩(wěn)態(tài)強磁場產(chǎn)生的磁力矩既能作用于微管而改變紡錘體的形態(tài);也同時通過影響微管和染色體來共同決定紡錘體的排布方向。并且,染色體的排布狀態(tài)在穩(wěn)態(tài)磁場對紡錘體的取向效應中占主導作用,其是否整齊排列在分裂期的赤道板上最終決定了紡錘體的方向。
該研究成果不僅可以為探索有絲分裂紡錘體在發(fā)育生物學中的作用包括細胞命運和組織結(jié)構等提供借鑒,也可以為研究細胞骨架和有絲分裂在腫瘤生物學中的作用奠定基礎。
該研究獲得了中科院百人計劃和國家自然科學基金大科學裝置聯(lián)合基金等的支持。
文章鏈接:https://elifesciences.org/content/6/e22911。
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27T穩(wěn)態(tài)強磁場可以通過微管和染色體來影響細胞紡錘體的取向