科學家發現27T穩態強磁場影響人體細胞有絲分裂紡錘體

　　近日，中國科學院合肥物質科學研究院強磁場科學中心張欣課題組與陸輕鈾課題組以及哈佛醫學院Timothy Mitchison合作，利用強磁場科學中心大科學裝置四號水冷磁體，首次發現27T強穩態磁場能夠顯著改變人類細胞有絲分裂紡錘體的排布方向及形態，這也是目前國際上唯一一例20T以上強穩態磁場下的細胞生物學效應研究。該研究成果以27 T Ultra-high Static Magnetic Field Changes Orientation and Morphology of Mitotic Spindles in Human Cells 為題在線發表在國際生物學期刊eLife上。

　　細胞有絲分裂是親代細胞將遺傳物質等精確平均地分配到兩個子代細胞的過程，是決定細胞命運的關鍵步驟，對維持細胞的正常生理功能和生物體的生長發育至關重要。有絲分裂紡錘體是細胞在有絲分裂過程中形成的形似紡錘結構的特殊細胞器，并伴隨著有絲分裂的進程而高度動態變化，從而調控染色體的正確排列和分離。因此，它的正確組裝和取向決定了有絲分裂過程在時間和空間上的準確性。而微管蛋白是有絲分裂紡錘體的主要組成成分，其組裝和去組裝決定了整個紡錘體的形態。

　　目前的研究表明，純化的微管能夠在中高強度的磁場下整齊排列，并且排列的效果與磁場強度呈顯著正相關。人們推測微管是磁場作用于有絲分裂紡錘體的重要靶點，然而卻一直缺乏細胞水平的實驗驗證。同時，由于磁體條件等的限制，目前國際上對于穩態磁場下的生物樣品最高研究到17T，而20T以上的生物學效應研究尚屬空白。

　　張欣課題組與陸輕鈾課題組依托強磁場科學中心的大科學裝置，初步建立起一套可以應用于不同磁體的生物樣品孵育系統，并與哈佛醫學院Mitchison合作，在27T的穩態均勻強磁場下利用人鼻咽癌細胞（CNE-2Z）和人視網膜上皮細胞（RPE1）研究了有絲分裂紡錘體的排布方向及形態變化。實驗結果顯示，27T穩態強磁場產生的磁力矩既能作用于微管而改變紡錘體的形態；也同時通過影響微管和染色體來共同決定紡錘體的排布方向。并且，染色體的排布狀態在穩態磁場對紡錘體的取向效應中占主導作用，其是否整齊排列在分裂期的赤道板上最終決定了紡錘體的方向。

　　該研究成果不僅可以為探索有絲分裂紡錘體在發育生物學中的作用包括細胞命運和組織結構等提供借鑒，也可以為研究細胞骨架和有絲分裂在腫瘤生物學中的作用奠定基礎。

　　該研究獲得了中科院百人計劃和國家自然科學基金大科學裝置聯合基金等的支持。