紡錘體生成在含中心體的細胞中,紡錘體的生成開始于細胞分裂前初期-即在細胞核膜分解(NuclearEnvelopeBreakdown,NEB)之前。初期的結(jié)構(gòu)為兩個**的以中心體為核的星狀體(asters)。當細胞核膜分解后,染色體和星狀體發(fā)生一系列復雜的互動反應(yīng)。**終結(jié)果為所有的染色體在紡錘體的**(赤道板,)排列整齊,每兩條染色體有一個著絲點,每一個著絲點被一束極性相同的微管(通常稱為紡錘絲)附著。此時細胞處于分裂中期,紡錘體生成完畢。實驗證明,中心體在這個過程中的作用不是必需的。動物細胞在中心體被激光搗毀后仍舊能夠筑構(gòu)紡錘體,但其位置通常不在細胞的大致幾何中心,其后的胞質(zhì)分裂也會受嚴重影響。紡錘體[1]在不含中心體的細胞中,紡錘體的生成是由染色體本身主導的。此過程由一小分子量的GTP連接蛋白(RanGTPase)控制。細胞核分解后,紡錘絲由染色體周圍生成。其后這些紡錘絲會在動力分子與為微管動力的合作影響下自動排列為極性相反大致數(shù)目相同的兩組。每組的極性相對于一組著絲點。同時在微管遠端的動力蛋白dynein會將這些微管束集中到一點,形成紡錘極區(qū)(SpindlePolarZone)。與此同時,染色體會自動在赤道板排列整齊。紡錘體生成完畢。紡錘體的微管具有極性,一端為正端,另一端為負端。香港紡錘體胚胎發(fā)育
紡錘體的形成是一個復雜而精細的過程,涉及多種蛋白質(zhì)的參與和調(diào)控。在有絲分裂的前間期,細胞進入S期,中心體開始復制倍增,為接下來的紡錘體形成做準備。進入G2期后,中心體完成復制,并在細胞進入分裂前期時分離,每個中心體各自形成放射狀排列的微管,即星體。這些微管通過持續(xù)增加和丟失組成微管的微管蛋白亞基,實現(xiàn)微管的聚合和解聚,使紡錘體得以形成和維持。微管的組裝和去組裝過程受到多種調(diào)節(jié)蛋白的精確調(diào)控,如蛋白激酶、磷酸酶等。這些調(diào)節(jié)蛋白能夠影響微管蛋白的聚合和解聚速率,從而控制紡錘體的形態(tài)和穩(wěn)定性。此外,紡錘體的形成還依賴于動粒微管與染色體動粒的結(jié)合,這一過程由動粒上的驅(qū)動蛋白和動力蛋白介導,確保了染色體能夠被紡錘體正確地捕獲和牽引。 北京雙折射性紡錘體紡錘體的形成與細胞骨架的重構(gòu)密切相關(guān)。
減數(shù)分裂是生物體形成配子(精子和卵子)的過程,其特點是一次DNA復制后細胞連續(xù)分裂兩次,形成四個遺傳物質(zhì)相似的子細胞。在減數(shù)分裂過程中,紡錘體同樣發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。在減數(shù)分裂Ⅰ的前期,同源染色體發(fā)生配對、聯(lián)會、交換和交叉,形成四分體。這一過程依賴于紡錘體的微管網(wǎng)絡(luò),它確保了同源染色體能夠正確地配對和交換遺傳信息。隨后,在減數(shù)分裂Ⅰ的中期,染色體在紡錘絲的牽引下,排列在赤道板上。與有絲分裂不同的是,此時排列在赤道板上的染色體是同源染色體對,而不是姐妹染色單體。當細胞進入減數(shù)分裂Ⅰ的后期,同源染色體在紡錘體的牽引下分離,分別移向細胞的兩極。這一過程實現(xiàn)了同源染色體的分離,為后續(xù)的遺傳重組和配子形成奠定了基礎(chǔ)。在減數(shù)分裂Ⅱ中,紡錘體的作用與有絲分裂更為相似。姐妹染色單體在紡錘絲的牽引下分離,分別移向細胞的兩極。這一過程確保了每個子細胞都能獲得完整的染色體組,從而保證了配子的遺傳完整性。
在修復紡錘體異常方面,基因轉(zhuǎn)移方法可以通過將正常紡錘體相關(guān)基因?qū)氲交颊呒毎校瑥亩謴图忓N體的正常結(jié)構(gòu)和功能。這種方法特別適用于那些由于基因缺失或突變導致紡錘體異常的患者。基因調(diào)控是通過調(diào)節(jié)基因表達水平來診療疾病的方法。在修復紡錘體異常方面,基因調(diào)控策略可以通過調(diào)節(jié)紡錘體相關(guān)基因的表達水平,從而恢復紡錘體的正常功能。例如,針對某些疾病中紡錘體異常導致的染色體不穩(wěn)定性,基因調(diào)控策略可以通過抑制相關(guān)基因的表達,從而降低染色體的不穩(wěn)定性,進而抑制細胞的生長和侵襲。 紡錘體的研究對于開發(fā)新的抗病毒藥物具有重要意義。
紡錘體缺陷可以分為多種類型,包括但不限于:微管動力學異常:微管的聚合和解聚速率異常,導致紡錘體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。動粒功能障礙:動粒與微管的結(jié)合能力下降,影響染色體的正確捕捉和分離。紡錘體檢查點失效:紡錘體檢查點(spindleassemblycheckpoint,SAC)是確保染色體正確分離的重要機制,其失效會導致染色體分離錯誤。染色體分離異常:染色體在分裂過程中未能正確分離,導致非整倍體的形成。微管的動態(tài)變化是紡錘體功能的關(guān)鍵,任何影響微管聚合和解聚的因素都會導致紡錘體結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定。例如,某些藥物(如紫杉醇)可以穩(wěn)定微管,但過量使用會導致微管過度穩(wěn)定,影響紡錘體的正常功能。 紡錘體在細胞分裂過程中經(jīng)歷明顯的形態(tài)和結(jié)構(gòu)變化。北京偏光成像紡錘體
紡錘體的微管通過動態(tài)不穩(wěn)定性來不斷增長和縮短,從而牽引染色體運動。香港紡錘體胚胎發(fā)育
在紡錘體卵冷凍過程中,利用紡錘體實時成像技術(shù)可以實時監(jiān)測紡錘體的變化。通過觀察冷凍過程中紡錘體的形態(tài)、位置及動態(tài)變化,研究者可以判斷冷凍保護劑的效果、冷凍速率等因素對紡錘體的影響,從而優(yōu)化冷凍方案,減少紡錘體損傷。解凍后,利用紡錘體實時成像技術(shù)可以對卵母細胞內(nèi)的紡錘體進行再次評估。通過比較解凍前后紡錘體的形態(tài)和穩(wěn)定性,研究者可以判斷冷凍過程對紡錘體的損傷程度,并篩選出紡錘體形態(tài)完好的卵母細胞進行后續(xù)操作,提高受精率和胚胎發(fā)育質(zhì)量。香港紡錘體胚胎發(fā)育