细胞分裂是细胞增殖最基本的过程,对人类的生长和发育起着至关重要的作用。有丝分裂是细胞分裂中最居剧烈的活动,进行着几乎细胞内所有成分的重组。有丝分裂将一个细胞分裂成两个子代细胞,其遗传信息完全与母代细胞相同。有丝分裂的异常进行,或者调控有丝分裂过程的蛋白发生突变和异常表达,这些都与人类疾病息息相关,比如癌症、中枢神经系统畸形、衰老和不孕的发生。微管在有丝分裂中发生显著重组,这对子代细胞中染色体的精确分离起着关键作用。许多微管蛋白靶向剂被发现并发展为抗真菌剂、抗寄生虫剂、抗肿瘤药物以及解析有丝分裂过程的分子探针。虽然有丝分裂相关疾病的治疗已经取得了显著的成就,但是目前仍有许多病人正在遭受着痛苦的煎熬。因此,亟需更多的治疗手段提高这些疾病的治疗效果。除此之外,虽然关于有丝分裂分子机理的研究已经取得很大的突破,但是有丝分裂的精确调控机制以及有丝分裂异常在疾病发生过程所起的作用等科学问题仍在探索之中,甚至有的理论一直都备受争议。所以,很有必要发展更多新的方法和工具探索复杂的有丝分裂过程。本论文共分为四个章节。第一章为前言,对目前有丝分裂调控机制以及微管蛋白及其靶向剂的发展和存在的问题进行综述。第二章详细陈述本论文研究所用的实验材料与方法。第三章深入探索CS1抑制HeLa细胞增殖的作用机制,初步尝试应用CS1解析有丝分裂过程。有丝分裂是一个短暂而又剧烈的过程,因此研究它在时间和空间上的调节机理相当困难。小分子化合物能够快速、短暂和可逆地调节生物学过程,使得它们应用于研究这些分秒发生的有丝分裂事件占有很大优势。许多有丝分裂抑制剂已经被用于解析有丝分裂过程,并且取得了很大的成功,但是人类对有丝分裂的认识仍旧充满局限性。因此,有必要发掘更多的有丝分裂抑制剂以便深入解析该复杂过程。本研究发现CS1是一个特异性的有丝分裂抑制剂。CS1靶向微管蛋白的秋水仙碱结合口袋,从而抑制微管的组装,减少HeLa细胞中微管的生长,从而扰乱纺锤体的形成,激活纺锤体检查点,将细胞阻滞于有丝分裂期。与秋水仙碱相比,CS1抑制不依赖于黏连蛋白解离途径的染色体臂分离,去除CS1后染色体臂分离恢复正常。同时,CS1能够诱导组蛋白发生独特的磷酸化修饰。总之,CS1是一个独特的有丝分裂抑制剂,能够特异性、条件性地调控有丝分裂过程,用于解析有丝分裂机制与秋水仙碱具有互补性。第四章着重探讨小分子PMN对结肠癌细胞的影响。结肠癌是世界第三大癌症,2012年超过690,000人因此而死亡,并且引起1,361,000人的新患者。虽然治疗结肠癌的手段一直在不断进步着,但是仍需要许多新的手段和理念去指导临床治疗。本研究探索PMN抑制有丝分裂的作用机制,以及它在治疗结肠癌当中的初步应用。PMN能够诱导三株结肠癌细胞RKO、HCT116、SW480发生有丝分裂阻滞和细胞凋亡,抑制细胞的增殖。PMN抑制微管蛋白的聚合,诱导纺锤体形成障碍,引起有丝分裂阻滞。PMN诱导的有丝分裂阻滞,引起细胞凋亡和p53水平的上调。此外,PMN对p53阳性细胞更敏感,并且敲低p53抑制PMN引起的细胞凋亡,表明p53上调能够促进结肠癌细胞发生细胞凋亡。总之,PMN通过抑制微管的聚合从而引起有丝分裂阻滞和p53依赖的细胞凋亡,发挥其抗肿瘤活性。本研究加深了对p53在有丝分裂障碍应激反应中的功能的认识,同时也为发展靶向微管蛋白抗p53阳性结肠癌先导物提供了理论基础。总而言之,本论文研究结果表明,CS1和PMN通过抑制微管蛋白的聚合抑制细胞增殖,为发展CS1和PMN为抗肿瘤先导药物提供了理论基础,为理性设计新颖微管蛋白抑制剂提供了药效结构团。同时,CS1能够抑制染色体臂分离和诱导组蛋白发生独特的磷酸化修饰,打开了 CS1作为探索有丝分裂过程的分子探针的大门。