近年来,随着成像技术的飞速发展,特别是纺锤体成像技术的不断进步,科学家们得以在高分辨率下观测细胞分裂过程,从而揭示了纺锤体的许多未知特征和机制。纺锤体成像技术的发展可以追溯到上世纪末,当时科学家们开始利用荧光显微镜技术观测细胞分裂过程。然而,由于传统荧光显微镜的分辨率限制,纺锤体的精细结构和动态变化往往难以被清晰捕捉。为了克服这一难题,科学家们开始探索更高分辨率的成像技术,如电子显微镜、超分辨率显微镜等。然而,这些技术在实际应用中面临着诸多挑战,如样品制备复杂、成像速度慢、对细胞活性影响大等。近年来,随着成像技术的不断创新和进步,纺锤体成像技术取得了突破性进展。特别是超分辨率显微镜技术的出现,如结构光照明显微镜(SIM)、受激辐射损耗显微镜(STED)和单分子定位显微镜(SMLM)等,使得科学家们能够在纳米尺度上观测纺锤体的精细结构和动态变化。纺锤体在细胞分裂末期逐渐解体,为细胞质分裂做准备。上海双折射性纺锤体纺锤体结构
染色体当细胞从间期进入有丝分裂期,间期细胞微管网络解聚为游离的αβ-微管蛋白二聚体,再重组成纺锤体,介导染色体的运动;分裂末期纺锤体微管解聚,又重组形成细胞质微管网络。可分为:动粒微管:连接染色体动粒于两极的微管。极间微管:从两极发出,在纺锤体中部赤道区相互交错的微管。星体微管:中心体周围呈辐射分布的微管。染色体的运动依赖纺锤体微管的组装和去组装。在这一过程中动粒微管与动粒之间的滑动主要是依靠结合在动粒部位的驱动蛋白和动力蛋白沿微管的运动来完成。极微管在纺锤体中部交错,有些分布在极微管之间特殊的双极马达蛋白,其中2个马达蛋白沿一条微管运动,另2个马达结构域沿另一条微管运动。由于2条微管分别来自二极,故极性相反。当双极驱动蛋白四聚体沿微管向正极运动时,纺锤体二极间距离延长。反之纺锤体距离缩短。昆明双折射性纺锤体透明带纺锤体微管的排列和稳定性受到细胞骨架的支撑。
通过抑制细胞周期重新进入,可以减少神经元的细胞凋亡,保护神经元的存活。例如,使用细胞周期抑制剂(如CDK抑制剂)可以抑制细胞周期重新进入,减少神经元的细胞凋亡。此外,通过促进神经元的细胞周期退出,也可以减少神经元的细胞凋亡。通过改善线粒体功能,可以恢复能量代谢,保护神经元的存活。例如,使用线粒体功能增强剂(如辅酶Q10)可以改善线粒体功能,恢复能量代谢。此外,通过减少线粒体的氧化应激,也可以改善线粒体功能。
如何观察纺锤体呢?在普通光学显微镜下,人类卵母细胞是半透明的,无法对纺锤体的结构进行观察和分析。传统方法是用一种特异的DNA荧光染料对卵母细胞染色,在紫外光下可显示纺锤体,这种免疫荧光方法对卵母细胞有损伤,不能应用于临床。为了更好的观测纺锤体,美国海洋生物学实验室的R.Oldenbourg等利用纺锤体的双折射特性,开发出偏振光显微镜。现今,偏振光显微镜已经发展成为一种无创性的观察和分析纺锤体动态结构的显微观测系统,我们也叫它纺锤体观测仪。它不仅能对双折射性纺锤体信号的有无进行定性分析,还能对信号的强弱进行定量分析。纺锤体微管与染色体上的动粒结合,形成稳定的连接。
在生殖医学与辅助生殖技术的快速发展中,卵母细胞的冷冻保存技术显得尤为重要。然而,卵母细胞,尤其是其内部的纺锤体结构,对低温环境极为敏感,冷冻过程中的损伤往往影响解冻后卵母细胞的存活率及发育潜能。偏光成像技术,特别是Polscope偏振光显微成像系统,结合了液晶可变减速器、电子成像及数码成像技术,能够捕捉到具有双折性特征的细胞结构,如纺锤体。纺锤体由微管等高分子物质有序排列而成,这些物质能够使偏振光发生折射现象,从而被检偏器捕捉并通过偏振光显微镜观察。这一技术无需对细胞进行固定和染色,能够动态评估卵母细胞的质量与纺锤体的相关性,为卵母细胞冷冻保存的研究提供了新的手段。纺锤体微管的数量和分布随细胞分裂阶段而变化。无需染色纺锤体
纺锤体的异常也是疾病发生和发展的一个重要因素。上海双折射性纺锤体纺锤体结构
秋水仙素为什么会使有丝分裂的细胞停滞于中期如果用秋水仙素处理有丝分裂的细胞,纺锤体会迅速消失,细胞停滞在有丝分裂中期,染色体无法分离成两组。用秋水仙碱进行诱导,从而将细胞阻断在细胞分裂中期,也是诱导细胞周期同步化的重要方法之一。真核细胞周期可分为4个时期,分别是G1期、S期、G2期和M期。在细胞周期调控中主要有3个控制点,***个控制点在G1期,决定细胞能否进入S期;第二个控制点在G2期,决定细胞能否进入有丝分裂期;第三个控制点在M期,决定细胞是否已经准备好将复制好的染色体拉向两极。CDK(周期蛋白依赖性蛋白激酶)对细胞周期运行起着**性调控作用,CDK与不同时期的周期蛋白结合会在特定周期起调节作用。cyclinA、cyclinB是在M期起调节功能的两种主要周期蛋白。细胞周期运转到分裂中期后,在后期促进复合物(APC)的作用下,M期cyclinA和cyclinB通过泛素化途径迅速降解,Cdkl活性丧失,细胞周期便从M期中期向后期转化。APC活性变化是细胞周期由分裂中期向后期转换的关键因素,其活性受到多种因素的综合调节,纺锤体组装检查点是其重要的调控因素。纺锤体组装不完全,或所有动粒不能被动粒微管全部捕捉,则APC不能被***。上海双折射性纺锤体纺锤体结构