武汉Hamilton Thorne纺锤体揭示卵母细胞关键结构

在卵母细胞冷冻保存过程中，纺锤体的形态变化是评估冷冻效果的重要指标之一。传统的纺锤体观察方法往往需要将卵母细胞固定并进行免疫荧光染色，这不仅破坏了细胞的活性，还限制了进一步观察其发育潜能的机会。而偏光成像技术则能够在不解冻、不染色的情况下，直接观察纺锤体的形态变化。通过Polscope系统，研究者可以实时监测冷冻过程中纺锤体的形态变化，评估冷冻保护剂对纺锤体的保护效果，以及解冻后纺锤体的恢复情况。冷冻后的卵母细胞纺锤体及染色体异常率增高，这将直接影响解冻后卵母细胞的减数分裂进程和胚胎的染色体正常性。利用偏光成像技术，研究者可以准确评估冷冻前后纺锤体的异常率，包括纺锤体的形态、位置、稳定性等参数。通过对比分析，可以明确冷冻过程对纺锤体的具体影响，为优化冷冻保存条件提供科学依据。纺锤体在细胞分裂末期逐渐解体，为细胞质分裂做准备。武汉Hamilton Thorne纺锤体揭示卵母细胞关键结构

纺锤体生成

      在含中心体的细胞中，纺锤体的生成开始于细胞分裂前初期 - 即在细胞核膜分解(Nuclear Envelope Breakdown, NEB)之前。初期的结构为两个**的以中心体为核的星状体(asters)。当细胞核膜分解后，染色体和星状体发生一系列复杂的互动反应。**终结果为所有的染色体在纺锤体的**(赤道板,)排列整齐，每两条染色体有一个着丝点，每一个着丝点被一束极性相同的微管（通常称为纺锤丝）附着。此时细胞处于分裂中期，纺锤体生成完毕。实验证明，中心体在这个过程中的作用不是必需的。动物细胞在中心体被激光捣毁后仍旧能够筑构纺锤体，但其位置通常不在细胞的大致几何中心，其后的胞质分裂也会受严重影响。纺锤体 [1]

       在不含中心体的细胞中，纺锤体的生成是由染色体本身主导的。此过程由一小分子量的GTP连接蛋白（Ran GTPase）控制。细胞核分解后，纺锤丝由染色体周围生成。其后这些纺锤丝会在动力分子与为微管动力的合作影响下自动排列为极性相反大致数目相同的两组。每组的极性相对于一组着丝点。同时在微管远端的动力蛋白 dynein 会将这些微管束集中到一点，形成纺锤极区(Spindle Polar Zone)。与此同时，染色体会自动在赤道板排列整齐。纺锤体生成完毕。 香港卵母细胞纺锤体卵冷冻研究显微镜下的纺锤体，如同精密的分子机器，引导染色体分离。

纺锤体

      特殊细胞器

      纺锤体(Spindle Apparatus)，形似纺锤，是产生于细胞分裂前初期(Pre-Prophase)到末期(Telophase)的一种特殊细胞器。其主要元件包括微管(Microtubules)，附着微管的动力分子分子马达(Molecular motors),以及一系列复杂的超分子结构。一般来讲，在动物细胞中，中心体是纺锤体的一部分。高等植物细胞的纺锤体不含中心体。而***细胞的纺锤体含纺锤极体(Spindle Pole Body)，一般被视为中心体的同源细胞器。

       纺锤体是由大量微管纵向排列组成的中部宽阔、两级缩小的如纺锤状的结构。在细胞分裂中，纺锤体对卵母细胞染 色体的运动、平衡、分配以及极体排出都非常重要。卵母细胞纺锤体的异常会导致减数分裂异常，产生非整倍体的卵母细胞或者成熟阻滞的卵母细胞。

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。

     纺锤体在细胞分裂后期通过微管切割机制实现染色体分离。

染色体

      当细胞从间期进入有丝分裂期，间期细胞微管网络解聚为游离的αβ-微管蛋白二聚体，再重组成纺锤体，介导染色体的运动；分裂末期纺锤体微管解聚，又重组形成细胞质微管网络。

      可分为：动粒微管：连接染色体动粒于两极的微管。

      极间微管：从两极发出，在纺锤体中部赤道区相互交错的微管。

      星体微管：中心体周围呈辐射分布的微管。

      染色体的运动依赖纺锤体微管的组装和去组装。在这一过程中动粒微管与动粒之间的滑动主要是依靠结合在动粒部位的驱动蛋白和动力蛋白沿微管的运动来完成。极微管在纺锤体中部交错，有些分布在极微管之间特殊的双极马达蛋白，其中2个马达蛋白沿一条微管运动，另2个马达结构域沿另一条微管运动。由于2条微管分别来自二极，故极性相反。当双极驱动蛋白四聚体沿微管向正极运动时，纺锤体二极间距离延长。反之纺锤体距离缩短。 纺锤体形成过程中的任何错误都可能影响细胞的命运。美国偏光成像纺锤体厂家

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。武汉Hamilton Thorne纺锤体揭示卵母细胞关键结构

纺锤体是卵母细胞在减数分裂过程中形成的一种微管结构，负责精确分离染色体。然而，纺锤体对环境温度、渗透压等外部条件极为敏感，在冷冻保存过程中容易发生损伤，导致染色体分离异常，进而影响卵母细胞的发育潜力和受精后的胚胎质量。因此，如何有效监测和评估冷冻过程中纺锤体的变化，成为纺锤体卵冷冻研究的重要课题。纺锤体实时成像技术的出现，为这一问题的解决提供了可能。纺锤体实时成像技术主要利用高分辨率显微镜结合荧光标记技术，对卵母细胞内的纺锤体进行实时、动态的观察和记录。常用的荧光标记方法包括使用绿色荧光蛋白（GFP）标记微管蛋白，以及利用特定抗体对纺锤体相关蛋白进行染色。通过这些方法，研究者可以清晰地观察到纺锤体的形态、位置、动态变化等信息，从而准确评估冷冻过程中纺锤体的稳定性和完整性。武汉Hamilton Thorne纺锤体揭示卵母细胞关键结构

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