进化的军备竞赛可能有助于保持细胞分裂的诚实

　　卵子和精子是特殊的细胞，原因很多，但区别于其他人类细胞的一个特点是，它们有两个拷贝的23条染色体，一条来自母亲，一条来自父亲，这些性细胞或配子只有一条。
　　由宾大艺术与科学学院的迈克尔兰普森（MichaelLampson）领导的先前研究表明，这些染色体不会偶然遗传给配子；某些因素可能会改变天平，使这两种染色体中的一种更有可能传递给下一代。
　　在一篇新的论文中，兰普森和他的同事发现了一种在减数分裂过程中平衡尺度的力量，减数分裂是一种细胞分裂过程，产生配子，使特定染色体进入一个可行卵子的几率接近50对50。
　　这项工作发现在减数分裂过程中，虽然有一种机制使某些染色体占上风，但另一种机制是平行的。路径采取行动压制这一优势。研究人员说，这两种途径上的蛋白质似乎处于进化的军备竞赛之中，有可能避免有偏见的染色体遗传导致卵子中的错误和异常，如非整倍体，或者染色体数目异常，可能导致出生缺陷。
　　兰普森说：如果我们认为这些染色体进入卵子是自私的，那么自私就意味着它们在最大化自己的传播，而整体上却要付出一定的代价。如果存在成本，那么可能会有其他基因承受着抑制自私基因或抑制这种代价的压力。
　　目前的工作是基于之前在2017年的一篇论文的基础上，寻找一条抑制性的道路。科学兰普森和他的实验室成员布置机构在减数分裂纺锤体中产生不对称的一种结构，由微管组成，在分裂前将染色体拉到细胞的对立面。这种不对称导致染色体传递的偏差。他们发现，染色体上附着在纺锤体上的自私着丝粒比非自私着丝粒更有可能分离和重新附着到注定成为活卵的细胞的一侧，而不是通常退化的极体。
　　然后，在一篇2019年的论文中细胞研究人员列出了这个过程的更多细节。他们发现，自私的着丝点能够通过吸收某些蛋白质来偏向传递，这些蛋白质破坏了对纺锤体的依附，再次增加了卵子而不是极体的结局机会。这些蛋白质在使着丝粒脱离纺锤体方面发挥了作用。
　　Lampson说：我们已经了解到自私是如何运作的，所以在新的论文中，我们想了解抑制是如何工作的。
　　早期的研究表明，一些蛋白质作用于着丝粒在各种动物物种中迅速进化。兰普森和同事们假设快速进化可能是自私因素和抑制因素之间军备竞赛的证据，类似于免疫系统它可以快速进化以应对来自病原体的不断变化的威胁。
　　兰普森说：发现大量快速进化的蛋白质在着丝粒上发挥作用是令人惊讶的，因为它们在细胞分裂中非常重要，所以你可能会认为它们是高度保守的。但这是军备竞赛的一个标志，就像我们在免疫系统中看到的那样：如果自私的着丝点会作弊，可能会有蛋白质进化来抑制这种抑制。
　　研究人员已经知道，有偏见的染色体传递的效应蛋白是通过一种称为动珠通路的途径进入着着丝粒的。为了找到抑制途径，他们寻找异染色质，紧密包装的DNA，这也是已知的招募蛋白质到着丝粒。为了测试异染色质通路是否能平衡动觉通路的偏倚效应，研究人员选择性地修改了一种作用在每条通路中的酶。
　　当他们修改蛋白CENPC破坏了动觉通路，他们观察到自私和无私的着丝粒下降之间的偏差，在减数分裂结束前染色体在细胞中排列更加对称。相反，当他们删除参与在异染色质通路上招募蛋白质的CENPB蛋白时，染色体的不对称性变得更加明显，自私的着丝粒允许将染色体传递到卵子上。
　　兰普森说：这些细微的变化似乎在起作用，因为这两条途径都是必不可少的。你不能扼杀动觉通路，因为它是细胞分裂的基础，但同时你也想减少中心体自私的机会。因此进化似乎是在对这些同时存在的压力做出反应。
　　兰普森说，这些发现照亮了我们身体中的进化战场。我认为很有趣的是，我们自己的基因组中有一些自私的成分，它们具有重要的作用。我们细胞生物学的这些非常、非常基本的方面实际上反映了相互竞争的压力。
　　他和同事们希望在后续工作中继续探索自私因素的潜在成本是否会导致配子生产中的重大错误或减数分裂中的其他问题。兰普森说：雌性的卵子不多，所以你会认为每一只都是珍贵的，我们不想犯任何错误，但有时会发生错误，有时会犯太多的错误。染色体上车。那么，错误是否与这些自私因素有关呢？
　　更多内容：TomohiroKumonetal，Parallelpathwaysforrecruitingeffectorproteinsdeterminecentromeredriveandsuppression，Cell（2021）。DOI：10。1016j。cell。2021。07。037