该论文的研究背景介绍(Introduction):
在细胞分裂过程中,染色体的分离要求纺锤体微管与动粒体的稳定连接。在高等真核生物中,动粒体(kinetochore)与纺锤体微管的联系发生在前期末核膜被裂后。真核生物进化出一套完备的纺锤体检验点机制来确保在这一环节,没有建立正确动粒体-纺锤体微管连接的细胞不能进入细胞周期的下一时期。
在本篇论文中,科学家利用秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans,为一种模式生物)为实验材料,通过分析Rod/Zwilch/Zw10(RZZ)complex和coiled-coil protein SPDL-1的特性,研究了能够瞬时定位在动粒体上的dynein在染色体的分离过程中的功能。
该论文的结果与分析(Results and Analyses):
1.实验一:线虫中Spindly homolog SPDL-1的分离鉴定及表型分析, 在线出中,所有对于染色体分离至关重要的蛋白同时也是胚胎存活所必须的。为了发现和鉴定参与染色体正确分离的新基因,本论文作者采用了RNAi (RNA干扰)靶向50个未知功能的基因,这些基因对于胚胎存活是必须的。在这套系统中,作者使用了同时表达GFP:histone(组蛋白)H2B和GFP:γ-tubulin(微管蛋白)的线虫材料。经过筛选,发现了一个之前没有被人研究过的蛋白,序列比较分析发现它与动物界的一些蛋白为同源蛋白,其中包括Drosophila melanwgaster(黑腹果蝇)中的蛋白Spindly,所以,作者将这一在C.elegams中新发现的蛋白命名为SPDL-1.
请用中文简要回答下列问题:
在 A 图中,GFP:histone H2B 和 GFP:γ-tubulin 分别标记的是细胞内的什么结构?为什么?
在A图中,GFP:histoneH2B和GFP:γ-tubulin分别标记的是细胞内细胞核中的染色体和细胞质中的微管组织中心(中心体或分裂时的纺锤体)。histoneH2B是染色体组蛋白核心蛋白八聚体的组分,被GFP标记的histoneH2B会组装到染色体中,从而显示出细胞核中的染色体结构;γ-tubulin在细胞内含量极微,定位于细胞中心体的无定形致密周质中,微管组装时,游离的α/β-微管蛋白二聚体有序的加到γ-微管蛋白构成的换上,实验中主要显示分裂的纺锤体。
本实验中采用的 RNAi 技术的目的是什么?请简要说明其作用原理。
①本实验中采用的RNAi技术的目的是基因沉默掉(基因敲除(敲低))spdl-1的蛋白表达,使细胞内的SPDL-1蛋白不表达。
②RNA干扰(RNA interference,RNAi)是一种可以在细胞内抑制特定基因表达的现象。它由双链RNA产生,可以特异性地降解具有相同或者相似序列的RNA(包括mRNA)。它是一种比反义技术更为有效的方法,具有更高的特异性。植物、动物、人类都存在RNA干扰现象,这对于基因表达的管理、参与对病毒感染的防护、控制活跃基因具有重要意义。RNA干扰已经作为一种强大的“基因沉默”技术而作为研究基因运行的一种研究方法已被广泛应用于基础科学。其原理是:RNaseⅢ核酶家族的Dicer,与双链RNA结合,将其剪切成21-25nt及3'端突出的小干扰RNA(siRNA),随后siRNA与RNA诱导沉默复合物(RISC)结合,解旋成单链,活化的RISC受已成单链的siRNA引导,序列特异性地结合在靶mRNA上并将其切断,引发靶mRNA的特异性分解,从而阻断相应基因表达的转录后基因沉默机制。
B 图显示的实验结果能够说什么?为什么要检测 beta-actin(β-actin) ?
①B图显示的实验结果说明SPDL-1蛋白的表达量随线虫细胞上样量的减少而减少,表明纯化得到的SPDL-1抗体符合实验要求;RNAi过的线虫细胞裂解液虽然上样量是100%,但检测不到SPDL-1蛋白的表达,说明RNAi实验成功,spdl-1基因被沉默。
②beta-actin(β-actin)是微丝蛋白单体,即肌动蛋白。由于β-actin是管家基因,在细胞中的表达量恒定(当然表达量也不是很低),基本不受很多外界改变而影响蛋白表达量,所以常作为Western blot的标准量蛋白,即比较某一蛋白表达量变化的前提是两者检测到的β-actin量相同,消除由于蛋白上样量不同导致检测的蛋白量有差异。
请根据 C 图显示的结果,概括一下在整个细胞周期过程中 SPDL-1 蛋白的细胞内定位特点。
由C图可知,SPDL-1在前图仅在AB细胞内检测到荧光,中图AB细胞和P1细胞中均没有检测到,后图在P1细胞内检测到荧光;而CENP-C作为阳性对照,显示其作为动粒蛋白在整个细胞分裂过程中可正常检测到。右侧细胞分裂的模式图说明:前图AB细胞处于前中期,而P1细胞处于前期;中图AB细胞处于早后期,而P1细胞处于晚前期;后图AB细胞处于晚后期,而P1细胞处于前中期;综上说明SPDL-1蛋白仅在分裂的前中期可以检测到,结合研究背景可以得出在分裂前中期SPDL-1募集动粒蛋白到染色体,但过渡到后期后SPDL-1就消失了,说明SPDL-1蛋白在染色体分离中起着至关重要的作用。
A 图显示的实验结果能够说明什么?请根据 A 图显示的 immuno blot/Western blot 结果,粗略估计一下在线虫细胞的裂解液中,有大约百分之多少的 SPDL-1 蛋白能够与 ZWL-1 蛋白结合?
①A图显示的实验结果说明ZWL-1蛋白与SPDL-1蛋白在细胞内有相互作用。
②由图中IP:α-ZWL-1中S和P中SPDL-1蛋白量基本相同,所以估测有50%的SPDL-1蛋白能够与ZWL-1蛋白结合。
根据B图显示的结果,可以得出什么结论?其他研究者已有的研究结果显示,RZZ(Rod/Zwilch/Zw10)complex中的3种蛋白之间存在紧密相互作用,并且在细胞内定位是相互依赖的。那么,如果在线虫的细胞中做Zw10的RNAi的话,请预测对于SPDL-1蛋白定位的影响?
①B图显示的结果说明rod-1和zwl-1基因被沉默掉后,SPDL-1蛋白不能正常定位到动粒结构上。
②由于RZ(Rod/Zwilch/Zw10)complex中的3种蛋白之间存在紧密相互作用,并且在细胞内定位是相互依赖的,所以如果在线虫的细胞中做Zw10的RNAi,SPDL-1蛋白也不能正常定位到动粒结构上。