科学者らが、完全な収縮リングなしに大型胚細胞が分裂する新しい方法を発見し、従来のモデルに挑戦。ゼブラフィッシュの胚を用い、研究者らは微小管と細胞質硬度の変化を伴う機械的ラチェットシステムを特定。Natureに掲載された知見は、さまざまな種の黄体豊富な細胞の分裂を説明する。
細胞分裂、すなわち細胞質分裂は生物学の核心的プロセスであるが、初期胚段階でのそのメカニズムは研究者を悩ませてきた、特に大型で黄体充満細胞を持つ動物において。TUD Dresden University of TechnologyのCluster of Excellence Physics of Lifeに所属するJan Brugués率いるチームは、これらの特大細胞が標準的なアクチン基盤のpurse-stringリングに依存せずに分裂を可能にするこれまでに知られていない機構を解明した。伝統的なモデルでは、細胞が中期点にアクチンタンパク質の収縮リングを形成し、これが締まって2つの娘細胞に分離すると記述される。しかし、サメ、カモノハシ、鳥類、爬虫類などの種では、大型黄体がリングの完全閉鎖を妨げる。「胚細胞にこれほど巨大な黄体があると、幾何学的制約が生じる。ゆるんだ端を持つ収縮バンドがどのように安定を保ち、これらの巨大細胞を分裂させるのに十分な力を生み出すのか？」と、グループの最近のPhD修了生で主任著者のAlison Kickuthが疑問を呈した。初期発生で黄体豊富な大型細胞を持つゼブラフィッシュ胚に焦点を当て、レーザーでアクチンバンドを切断すると、その収縮が継続することを観察した。これは長手方向の支持を示し、微小管—もう一つの細胞骨格成分—によって提供されることを示した。微小管を化学的にあるいはオイル滴の障害物で妨げるとバンドが崩壊し、安定化とシグナリングへの役割を確認した。さらなる実験で、細胞質硬度が細胞周期とともに変化することが明らかになった。間期中、拡張する微小管構造であるアスターが細胞質を硬化させ、バンドを固定する。有相（M期）では流動化し、内向き移動を許容する。しかし、この流動性は不安定性を招き、バンドは部分的に後退するが、急速な胚周期を通じて回復する。このプロセスは機械的ラチェットとして機能する：流動相中の不安定性は次の間期での再安定化により対抗され、分裂を複数サイクルにわたり段階的に進行させ、最終的に完了する。「時間的ラチェット機構は細胞質分裂の働き方に対する我々の見方を根本的に変える」とBruguésは述べた。Kickuthは付け加えた、「ゼブラフィッシュは魅力的な例で、胚細胞の細胞質分裂は本質的に不安定です。この不安定性を克服するため、細胞は急速に分裂し、安定と流動化を交互に繰り返すことでバンドの侵入を複数細胞周期にわたり進め、分裂を完了させます。」この発見は、産卵種の大型黄体豊富胚における細胞質分裂の新たな枠組みを提供し、細胞プロセスにおける時間制御された細胞質特性の役割を強調する。研究はNatureに掲載された。
