一个活细胞就像一座繁忙的城市，无数的分子和蛋白质在各个方向上穿行于拥挤的空间中。细胞分裂是一个宏大的事件，彻底改变了整个环境。细胞开始像国际比赛的东道主一样，重新配置整条街道，搬迁建筑物并重新规划交通系统。数十年来，研究人员一直被细胞组织这种戏剧性变化的能力所吸引。细胞骨架微管网络是这一过程的核心，它提供了结构支持并促进了细胞内的运动，确保染色体正确分离。细胞分裂中的错误可能导致多种疾病和紊乱，包括癌症或遗传疾病。然而，尽管其重要性不言而喻，细胞在分裂期间如何重组其内部结构的具体机制仍是一个谜。细胞是如何知道何时以及如何重新排列其内部支架的？这些变化背后的分子信号是什么？谁是主导这一切的关键角色？
根据新研究，一些变化归结于一个令人惊讶的简单而优雅的系统——分子开关的翻转。这项研究由巴塞罗那基因组调控中心和多特蒙德马克斯·普朗克分子生理学研究所的研究人员共同完成，今天发表在《自然通讯》上。研究的核心是蛋白质PRC1。在细胞分裂过程中，PRC1在组织细胞分裂中起着关键作用。它连接微管，帮助形成一个至关重要的区域，在该区域微管重叠并分离染色体。但PRC1并不是单独行动的。其活性受到严格控制，以确保微管在正确的时间和地点组装。该蛋白通过磷酸化过程进行控制，即酶在特定区域添加小化学标签。这些分子标签可以增强或减弱PRC1的活性。
“我们发现，操纵PRC1的磷酸化状态可以诱导细胞骨架组织在不同状态之间的大规模转换，这些状态是细胞分裂所需的。这些变化只需几分钟即可完成。”研究第一作者、CRG博士后研究员韦明林（Wei Ming Lim）博士说。
研究人员通过开发一个新的实验室系统，可以在活体系统之外精确控制甚至逆转与细胞分裂不同阶段相关的细胞骨架结构的转换，从而发现了这一点。这项新技术可以帮助研究人员以前所未有的控制力和细节研究细胞分裂的基本机制，并实时观察。“我们现在可以在显微镜下创建和观察细胞骨架重组的电影，同时随意快进和回放。这是该领域的一个重要里程碑。”巴塞罗那基因组调控中心的研究员兼高级作者托马斯·萨里（Thomas Surrey）教授说。
这一新系统最终可能揭示细胞分裂出错的潜在治疗策略，如癌症。然而，对于萨里来说，这项研究的意义在于它激发了对自然界复杂性的敬畏。“细胞非常微小，但在其中存在一个高度组织化且极其复杂的系统，运行得非常精确。随着这些发现，这种复杂性正在逐渐解开。”他总结道。
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