北京偏光成像纺锤体揭示卵母细胞关键结构

纺锤体是如何形成的(1)

纺锤体是动植物细胞分裂期形成的与染色体正常分离直接相关的分裂器，纺锤体的装配在有丝分裂的前期完成。动物细胞纺锤体由星体微管、极间微管、动粒微管及其结合蛋白构成，因含有星体微管故称有星纺锤体。无中心体的动物细胞和植物细胞也能形成纺锤体，因不含有星体微管而称之为无星纺锤体。微管是由α、β微管蛋白异源二聚体及少量微管结合蛋白聚合而成的亚稳定动态结构。动物细胞的中心体由一对相互垂直的圆筒状中心粒及中心体基质构成。它是纺锤体微管向外生长的**，又称微管组织中心。在有丝分裂前间期的S期初期，中心体开始复制倍增，在G2期结束时完成。在细胞分裂期前期，间期复制倍增的两个中心体分离，每一个中心体形成放射状排列的微管，称为星体，每个中心体是它自身星体的**。在有丝分裂细胞周期的分裂期，微管通过持续增加和丢失组成微管的微管蛋白亚基来实现微管的聚合和解聚，微管始终处于生长和缩短的更替中。在分裂前期，纺锤体微管由游离的微管蛋白组装而成，介导染色体的运动；分裂末期，纺锤体微管解聚，又组装形成细胞质微管网络。纺锤体微管包括动粒微管、极间微管和星体微管. 纺锤体在细胞分裂中的精确调控是生物体维持遗传稳定性的关键。北京偏光成像纺锤体揭示卵母细胞关键结构

纺锤体是如何形成的（2）

       动粒微管连接染色体动粒与位于两极的中心体。在有丝分裂前期，一旦核被膜解聚，由相反两个方向的中心体伸出的动粒微管就会随机地与染色体上的动粒结合而俘获染色体，微管**终附着在动粒上，动粒微管把染色体和纺锤体连接在一起。在细胞分裂期的后期，分开后的染色单体被拉向两极。染色体移动由两个相互独立且同步进行的过程所介导，分别为过程A和过程B。在过程A中，在连接微管和动粒的马达蛋白的作用下，动粒微管解聚缩短，在动粒处产生的拉力使染色体移向两极。极间微管是从一个中心体伸出的某些微管与从另一个中心体伸出的微管相互作用，阻止了它们的解聚，从而使微管结构相对稳定，两套微管的这种结合形成了有丝分裂纺锤体的基本框架，具有典型的两极形态，产生这些微管的两个中心体称为纺锤极，这些相互作用的微管被称为极间微管。在有丝分裂后期过程B中，极间微管的伸长和相互间的滑行使纺锤极向两极方向移动。星体微管从中心体向周围呈辐射状分布，在有丝分裂后期过程B中，每一纺锤极上向外伸展的星体微管发出向外的力，拉动两个纺锤极向两极方向移动。

     哺乳动物纺锤体纺锤体结构纺锤体由微管组成，其动态变化调控着细胞分裂的进程。

构成纺锤体的是纺锤丝还是星射线

人教版《生物·必修1·分子与细胞》第6章在讲述有丝分裂时，关于动物细胞和植物细胞纺锤体形成的区别是这样描述的：植物细胞是从细胞的两极发出纺锤丝，形成一个梭形的纺锤体。而动物细胞是在两极的中心粒周围发出大量的星射线，两组中心粒之间的星射线形成了纺锤体。而在《生物·必修2·遗传与进化》第2章以哺乳动物精子形成过程为例讲述减数分裂过程时，又用了“纺锤丝”这一表述。同一套教材，前后表述不一致，让教师的教学和学生的学习都产生了困惑。“纺锤丝”一词的由来是因为纺锤体微管在电子显微镜下呈丝状，在浙科版教材中即为这样表述，且不论动物细胞还是植物细胞都用“纺锤丝”。不管是纺锤丝还是星射线，都是教材编写者为了学生更好地理解和学习“纺锤体微管”这一名词。

无需染色纺锤体观察技术能够实时监测冷冻过程中纺锤体的形态变化，从而准确评估冷冻保存的效果。通过对比冷冻前后纺锤体的形态和稳定性，研究者可以优化冷冻保护剂的配方和浓度，以及改进冷冻程序，减少冷冻损伤，提高解冻后卵母细胞的存活率和发育潜能。解冻后的卵母细胞在无需染色的情况下，可以直接通过Polscope系统进行纺锤体观察。这一技术能够迅速评估解冻后卵母细胞的质量，包括纺锤体的形态、位置、稳定性等关键指标，为后续的受精和胚胎发育提供重要参考。纺锤体在细胞分裂中的功能受到细胞内外环境的共同影响。

无需染色纺锤体观察技术已逐步应用于临床辅助生殖技术中。通过该技术，医生可以在不破坏卵母细胞活性的情况下，评估其质量并选择合适的卵母细胞进行受精和胚胎移植，从而提高妊娠率和胚胎质量。无需对卵母细胞进行固定和染色处理，保留了细胞的活性与完整性。能够实时监测冷冻过程中纺锤体的形态变化，评估冷冻效果。能够实时监测冷冻过程中纺锤体的形态变化，评估冷冻效果。Polscope偏振光显微成像系统的操作和维护需要较高的专业知识和技能。纺锤体的形态变化复杂多样，需要丰富的经验和专业知识进行数据解读和结果分析。纺锤体在细胞分裂过程中展现出惊人的自我组装能力。非侵入式成像纺锤体胚胎植入

纺锤体形成的精确性对于维持生物体遗传稳定性至关重要。北京偏光成像纺锤体揭示卵母细胞关键结构

纺锤体的异常和疾病

      纺锤体的异常和疾病与细胞周期的异常和疾病密切相关。纺锤体的异常可以导致染色体不平衡或染色体不正确地分离，从而导致基因组的不稳定性和遗传病的发生。例如，多个**类型的细胞中发现了纺锤体异常，这些异常可能与染色体不平衡、染色体重排和基因突变等有关。此外，一些遗传性疾病也与纺锤体相关，例如microcephaly（小头症）、primarymicrocephaly（原发性小头症）和Aspergersyndrome（阿斯伯格综合症）等。

      纺锤体是一个重要的细胞学结构，它在细胞有丝分裂过程中发挥着关键的功能。纺锤体的组成和调节非常复杂，涉及到多种蛋白质和信号通路。除了在有丝分裂过程中的作用，纺锤体还在细胞周期中的G2期和M期之间的过渡阶段发挥着重要的作用，控制细胞周期的推进。纺锤体的异常和疾病与细胞周期的异常和疾病密切相关，可以导致基因组的不稳定性和遗传病的发生。

      随着对纺锤体结构和功能的研究不断深入，人们对纺锤体的认识也在不断发展和扩展。未来的研究将继续探索纺锤体的结构和功能，以及纺锤体与其他细胞学结构和信号通路之间的相互作用。这将有助于进一步理解细胞有丝分裂和细胞周期的机制，为研究和***与纺锤体相关的疾病提供新的思路和方法。 北京偏光成像纺锤体揭示卵母细胞关键结构