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作者： Dr Mark Browne and Dr Alan Mullan
细胞的组织结构对其功能至关重要，理解组织结构如何影响功能是细胞生物学的主要目标之一。细胞如何利用细胞骨架将空间信息整合至细胞周期的调控中就是其中的一个基本问题。值得注意是的，由John A. Cooper教授（华盛顿大学生物化学与分子生物物理系主任）和纽约奥尔巴尼Wadsworth中心的Alexey Khodjakov博士领导的一个研究小组，在细胞周期中针对微管进行了激光消融，并对细胞的各个组分进行了研究。
芽殖酵母细胞是研究细胞分裂的常用模式生物之一。在芽殖酵母（Saccharomyces cerevisiae）的分裂过程中，有丝分裂纺锤体的一端被拉过芽颈，将基因组传递给子细胞。从纺锤极体延伸出的细胞质微管通过与细胞皮层的相互作用，使纺锤体沿母芽轴对齐，然后将一个纺锤体极体拉过芽颈并进入芽中。
细胞内存在质量控制机制，以防止细胞分裂过程出错。例如，突变可能导致纺锤体移动延迟。在这种情况下，有丝分裂在母细胞中继续进行，但如果到后期仍未纠正，一个称为纺锤体位置检查点的细胞周期检查点机制将停止有丝分裂。科学家们对这一检查点如何停止有丝分裂有一定的了解，但尚不清楚检查点机制如何检测纺锤体是否处于正确的位置以继续进行。先前的研究表明，分裂中的酵母会在有丝分裂纺锤体未能在新生母细胞和子细胞之间适当定位时阻止细胞周期的进展。这表明，细胞必须监测纺锤体的位置，并将其与其他位置（如地标）进行比较。
为了验证从纺锤体延伸到芽颈的细胞质微管对这一过程的重要性，Cooper团队使用激光消融技术中断了微管与芽颈的相互作用。研究人员基于MicroPoint脉冲激光系统用539 nm激光对动力蛋白突变的芽殖酵母细胞的微管（由GFP标记）进行光消融。这些动力蛋白突变体无法将纺锤体拉过芽颈，使得有丝分裂过程被纺锤体位置检查点停止。
通常，MicroPoint系统通过向显微镜添加光漂白/光活化模块，可被广泛用于开展光遗传学实验。但此系统的激光可调性也使其能够用于本实验中的消融。它允许用户在激光消融过程中对样本进行成像，这使得研究人员能够视觉上定位动态微管以进行消融。微管在细胞内移动迅速，能够在消融过程中观察细胞对于灵活定位和随后验证微管断裂是至关重要的。
研究人员使用539 nm的脉冲激光断开芽颈与纺锤极体之间的单微管后，观察到远端片段与剩余微管的移位。片段和剩余微管在几分钟后解聚并重新生长。为确认细胞是否因此停留在分裂后期，他们对这些细胞的纺锤体进行了长达90分钟的监测。使用配置有备100x、NA 1.35的油浸物镜的倒置荧光显微镜、488nm激光以及EMCCD相机的转盘共聚焦系统进行了细胞的延时3D成像。3D成像采集了3 μm的厚度，时间序列以30/60s的间隔拍摄。
图1：光消融前的有丝分裂纺锤体，图2：消融后2秒，图3：消融后7秒，图4：消融后12秒，图5：消融后17秒，图6：消融后22秒。
当芽颈中的微管被消融时，大多数细胞退出了有丝分裂，表明芽颈中微管的缺失激活了有丝分裂退出网络。研究人员接下来继续确定破坏非芽颈中的细胞质微管是否会破坏检查点。在纺锤极体通过芽颈延伸微管激活了检查点细胞中，他们消融了另一个纺锤极体的微管（未通过芽颈延伸的微管），结果显示大多数细胞仍处于有丝分裂中。并且，当他们破坏纺锤体极体或在纺锤体极体附近切断微管，这些操作都没有促使有丝分裂停止。
“这些消融实验表明，破坏从纺锤体延伸到芽颈的微管无法抑制细胞周期的进展，从而停止有丝分裂。这表明细胞质微管对于读取细胞周期调控的上游纺锤体位置是至关重要的。”
这些发现对不同物种都有影响。在后生动物发育和成年组织稳态的不对称细胞分裂过程中，它们对基因组准确地分配到细胞质的适当区域可能特别重要。
衷心感谢华盛顿大学的John A. Cooper教授和纽约州奥尔巴尼Wadsworth中心的Alexey Khodjakov博士。
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