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。初期的結構為兩個**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。**終結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。紡錘體微管的動態(tài)變化受到細胞周期蛋白的調(diào)控。武漢克隆紡錘體加熱臺
在生殖醫(yī)學領域,卵母細胞的冷凍保存技術一直是研究的熱點,旨在提高女性生育能力的保存與利用。然而,傳統(tǒng)的紡錘體觀察方法往往需要對卵母細胞進行固定和染色處理,這不僅破壞了細胞的活性,還限制了對其發(fā)育潛能的深入評估。偏光成像技術,特別是Polscope偏振光顯微成像系統(tǒng),通過利用紡錘體微管結構的雙折射性,實現(xiàn)了對紡錘體的無損觀察。這種技術無需對卵母細胞進行固定和染色,能夠在保持細胞活性的同時,實時、動態(tài)地觀察紡錘體的形態(tài)和變化。這不僅提高了觀察的準確性和可靠性,還避免了傳統(tǒng)染色方法可能帶來的細胞損傷和誤差。北京卵母細胞紡錘體卵冷凍研究紡錘體在細胞分裂后期通過微管切割機制實現(xiàn)染色體分離。
在卵母細胞冷凍保存過程中,紡錘體的形態(tài)變化是評估冷凍效果的重要指標之一。傳統(tǒng)的紡錘體觀察方法往往需要將卵母細胞固定并進行免疫熒光染色,這不僅破壞了細胞的活性,還限制了進一步觀察其發(fā)育潛能的機會。而偏光成像技術則能夠在不解凍、不染色的情況下,直接觀察紡錘體的形態(tài)變化。通過Polscope系統(tǒng),研究者可以實時監(jiān)測冷凍過程中紡錘體的形態(tài)變化,評估冷凍保護劑對紡錘體的保護效果,以及解凍后紡錘體的恢復情況。冷凍后的卵母細胞紡錘體及染色體異常率增高,這將直接影響解凍后卵母細胞的減數(shù)分裂進程和胚胎的染色體正常性。利用偏光成像技術,研究者可以準確評估冷凍前后紡錘體的異常率,包括紡錘體的形態(tài)、位置、穩(wěn)定性等參數(shù)。通過對比分析,可以明確冷凍過程對紡錘體的具體影響,為優(yōu)化冷凍保存條件提供科學依據(jù)。
通過靶向微管蛋白,可以恢復微管的穩(wěn)定性和功能,糾正紡錘體的組裝異常。例如,使用微管穩(wěn)定劑(如紫杉醇)可以穩(wěn)定微管,改善紡錘體的組裝和染色體的分離。此外,通過抑制微管蛋白的異常磷酸化,也可以恢復微管的正常功能。通過恢復染色體穩(wěn)定性,可以減少基因組的不穩(wěn)定性,改善神經(jīng)元的基因表達和功能。例如,使用染色體穩(wěn)定劑(如TOP2抑制劑)可以穩(wěn)定染色體,減少基因組的不穩(wěn)定性。此外,通過修復DNA損傷,也可以恢復染色體的穩(wěn)定性。 紡錘體在細胞分裂過程中經(jīng)歷明顯的形態(tài)和結構變化。
亨廷頓病是一種由亨廷頓基因突變引起的神經(jīng)退行性疾病,其主要病理特征是亨廷頓蛋白的異常聚集。研究表明,紡錘體功能障礙在亨廷頓病的發(fā)生和發(fā)展中也起著重要作用。亨廷頓病患者中,亨廷頓蛋白的異常聚集影響微管的穩(wěn)定性和紡錘體的組裝,導致染色體分離異常和細胞周期紊亂。紡錘體功能障礙會導致染色體不穩(wěn)定,增加基因組的不穩(wěn)定性,進而影響神經(jīng)元的正常功能和存活。紡錘體功能障礙會導致細胞周期紊亂,增加細胞凋亡的風險,加速神經(jīng)元的丟失。 紡錘體形成缺陷是多種遺傳疾病的共同特征。武漢非侵入式成像紡錘體起偏器
紡錘體微管的穩(wěn)定性受到細胞內(nèi)外多種信號的調(diào)節(jié)。武漢克隆紡錘體加熱臺
盡管紡錘體成像技術已經(jīng)取得了明顯的進展,但仍存在一些挑戰(zhàn)和限制。例如,目前的高分辨率成像技術往往需要對樣品進行特殊處理或標記,這可能會對細胞的活性和功能產(chǎn)生影響。此外,成像速度和分辨率之間仍存在權衡關系,如何在保持高分辨率的同時提高成像速度是當前研究的重點之一。未來,隨著成像技術的不斷創(chuàng)新和進步,紡錘體成像技術有望實現(xiàn)更高的分辨率、更快的成像速度和更好的細胞活性保持能力。例如,基于量子點的熒光標記技術、基于人工智能的圖像重建算法以及基于超快激光的成像技術等都有望為紡錘體成像技術的發(fā)展帶來新的突破。此外,結合其他細胞生物學技術,如基因編輯、蛋白質(zhì)組學等,紡錘體成像技術將能夠更深入地揭示細胞分裂的復雜機制和紡錘體的功能作用。 武漢克隆紡錘體加熱臺