Nature意外发现：细胞在分裂过程中利用一个基本过程来保护它们的遗传信息

“如果这些中断没有得到适当的管理，DNA就会断裂或积累可能导致癌症等疾病的突变，”该研究的资深合著者Losada解释说。她也是在20世纪90年代末首次在脊椎动物中发现黏结蛋白的人。

细胞分裂是生命的一个基本过程，它仍然充满着惊喜。来自苏黎世大学和西班牙国家癌症研究中心（CNIO）的研究人员发现了细胞在分裂时保护遗传信息的关键机制。

这一发现的核心是粘连蛋白（Cohesin），一种参与细胞核内基因组折叠的关键蛋白质。

了解这个基本的细胞过程可能会对精确肿瘤学产生影响，因为许多癌症治疗都是通过触发这种机制可以防止的错误来起作用的。

在单个细胞的尺度上，人体是不断运动的。每一秒钟，数以百万计的细胞分裂，尤其是在骨髓、肠道和皮肤等组织中；神经元和心肌细胞分裂的频率要低得多。所有这些都取决于负责复制细胞核内构成DNA的数十亿个化学单位的分子机制。

尽管细胞分裂对生命至关重要，但它不断揭示出意想不到的机制。来自苏黎世大学分子癌症研究所（IMCR）和西班牙国家癌症研究中心（CNIO）的一个国际研究小组本周在《自然》杂志上报告说，他们发现了细胞在分裂过程中利用一个基本过程来保护它们的遗传信息。

这组科学家发现，黏结蛋白是一种关键的细胞蛋白，它起到分子锚的作用，帮助重组新复制的DNA，并在DNA复制遇到问题时防止潜在的有害错误。

粘连蛋白：帮助组织细胞核内数米DNA的蛋白质

粘连蛋白（Cohesin）是参与细胞分裂的最重要的蛋白质之一。它的功能在整个进化过程中一直保持着，从真菌到人类的有机体中都存在黏结蛋白，它们有着惊人的相似之处。

到目前为止，凝聚力主要有两个重要作用。首先，它将细胞分裂前产生的每条染色体的两个拷贝结合在一起，确保它们正确地分布到子细胞中。其次，它帮助新复制的DNA在细胞核内采用正确的三维结构。

这两个功能都至关重要。DNA分子在完全伸展的情况下有几米长，但它们必须适合于一个微观的细胞核。这需要精确的折叠，因为DNA的三维组织会影响基因组不同区域之间的交流方式。

“通过粘连蛋白（Cohesin）折叠DNA不仅仅是使分子适合细胞核的一种方式。它将沿着DNA序列可能相距很远的基因组区域聚集在一起，使遥远的基因能够协调它们的活动。”Ana Losada说，他是CNIO染色体动力学小组的负责人。

粘连蛋白（Cohesin）的新作用：保护基因组稳定性

基因组组织影响基因活性的观点是最近才出现的，而粘连蛋白在这一过程中的作用是一个活跃的研究领域。

发表在《自然》杂志上的这项新研究揭示了粘接蛋白的另一个功能：在DNA复制过程中保护遗传物质。

DNA复制是由一种复杂的分子机制进行的，它沿着DNA快速移动，产生每条染色体的两个相同的副本。然而，这一过程有时会遇到障碍或经历复制压力——例如，当细胞缺乏足够的分子构建块来完成新的DNA复制时。因此，复制可能会减慢或停止。

“如果这些中断没有得到适当的管理，DNA就会断裂或积累可能导致癌症等疾病的突变，”该研究的资深合著者Losada解释说。她也是在20世纪90年代末首次在脊椎动物中发现黏结蛋白的人。

研究人员现在已经证明，粘连蛋白（Cohesin）被迅速招募到DNA复制被破坏的地方。Losada说：“粘连蛋白迅速移动到受影响的区域，提供稳定性并促进保护基因组完整性的保护性DNA组织。”

这种蛋白质还可以阻止另一种因子Primpol的激活，Primpol可以作为紧急反应重新启动DNA复制，但可能在此过程中引入大量遗传错误。

通过这些互补作用，粘连蛋白（Cohesin）有助于防止基因组不稳定。

一种新的基因组方法揭示了粘连蛋白的保护作用

这项研究是IMCR的Massimo Lopes小组（专门研究复制压力）和CNIO的Ana Losada小组（研究黏结生物学）合作的结果。

这个概念和大部分实验工作都是由博士后研究员 Daniel Giménez领导的，他也是《自然》杂志上那篇论文的通讯作者。

这一发现的一个关键因素是由该研究的共同第一作者González和 Daniel Giménez；他们开发的一种新的基因组方法。该方法绘制了新复制DNA的三维组织。

基因组分析与显微镜实验相辅相成，表明当细胞经历复制压力时，粘连蛋白在新复制的DNA附近积聚。研究人员还研究了部分缺陷的粘接蛋白变体，以确定其保护DNA所需的功能。

Biobizkaia健康研究所的蛋白质组学专家Javier Muñoz小组也参与了这项工作。

对精准肿瘤学的潜在影响

这一发现确定了一种基本的细胞机制，可能对精确肿瘤学产生影响。目前的许多癌症治疗方法是通过诱导肿瘤细胞的复制压力，最终导致DNA损伤，导致细胞死亡。

“了解粘连蛋白如何保护复制分叉有助于开发联合疗法，在保留健康细胞的同时破坏肿瘤细胞中的这种保护机制，潜在地提高治疗效果并减少毒性，”Giménez说。

黏连蛋白在一些癌症类型中也会发生突变，包括尤文氏肉瘤、膀胱癌和一些髓性白血病。这项新发现有助于阐明黏结蛋白的改变如何影响患者对癌症治疗的反应。