有絲分裂期姐妹染色體粘連疲勞的分子機制研究

《有絲分裂期姐妹染色體粘連疲勞的分子機制研究》是依託浙江大學，由汪方煒擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：有絲分裂期姐妹染色體粘連疲勞的分子機制研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：汪方煒
• 項目類別：面上項目

項目摘要

染色體數目的非整倍性是癌細胞的重要特徵和癌變的潛在誘因，主要由有絲分裂期染色體的異常分離所致。姐妹染色體之間的粘連是染色體精確分離的根本前提。染色體粘連疲勞，即有絲分裂中期滯留導致染色體非同步化錯誤分離的現象，是近幾年報導的染色體粘連缺陷的新形式，受到同行關注。基於染色體粘連疲勞對基因組穩定性的威脅，一系列相關重要問題亟待解決。本課題擬利用小分子抑制劑、RNA干擾、CRISPR-Cas9基因組編輯、超高解析度顯微鏡和活細胞實時成像等關鍵技術，調查染色體粘連疲勞的普遍性和嚴重程度，描述粘連疲勞造成染色體異常分離的特點，探討粘連疲勞的成因與後果。基於Haspin基因突變嚴重加劇染色體粘連疲勞的預實驗結果，我們推測並將驗證Haspin以不依賴於其蛋白激酶活性的方式促進染色體粘連的分子機制。課題的順利完成將揭示染色體粘連調控的新機制，豐富有絲分裂研究的基礎理論，並為相關抗癌藥物的研發提供新的依據。

結題摘要

有絲分裂是一個嚴密的過程，通過複雜而精細的調控來實現配對姐妹染色單體均等地分配至子細胞，任何細微的錯誤都可能導致染色體的錯誤分離以及非整倍體細胞的產生。黏連蛋白複合體（cohesin）維持姐妹染色單體配對，並促進染色體與紡錘體的正確連線。在有絲分裂的初期，染色體臂上的cohesin在其調節亞基Wapl的作用下被大量地去除，而著絲粒區的cohesin必須得以保留才能防止染色體的錯誤分離。研究發現，蛋白激酶Haspin通過位於氨基端非激酶域的一個保守基序PIM與cohesin的調節亞基Pds5B直接結合。而且，Haspin與Pds5B的結合能競爭性地阻礙Wapl以類似的方式與Pds5B相結合。因此，Haspin通過結合Pds5B拮抗了Wapl對著絲粒區cohesin的去除，保證了姐妹染色單體的正常粘連和正確分離，從而保護了染色體的穩定性。此外，Haspin的激酶域對於姐妹染色體粘連具有重要保護作用：一方面，Haspin的激酶域以較強的親和力結合Wapl的PIM基序，從而競爭性地阻礙Pds5B結合Wapl的PIM；另一方面，Haspin磷酸化Wapl的PIM並直接削弱Wapl結合Pds5B的能力。進而發現，HP1α和HP1γ對於著絲粒區染色體的粘連發揮著相互冗餘的保護作用，HP1的CSD與蛋白激酶Haspin氨基端的PxVxL基序相結合，促進Haspin在著絲粒區的定位，從而抑制Wapl介導的粘連去除。研究還提出了染色體乘客複合體保護著絲粒區姐妹染色體粘連的工作模型：一方面，通過不依賴於Aurora B激酶活性的方式，INCENP結合併招募HP1至著絲粒，促進Haspin在著絲粒區的富集並拮抗Wapl對cohesin的破壞作用；另一方面，Aurora B以激酶依賴的機制促進Mps1激酶在動粒區的定位，從而使得Sgo1富集於著絲粒區並拮抗Wapl。研究還發現，當細胞進入有絲分裂時，Bub1對組蛋白H2A的磷酸化修飾招募TOP2A至著絲粒，促進著絲粒區DNA連環的去除，進而保證了染色體的精確分離和基因組的穩定性。這一系列論文解析了姐妹染色體粘連的重要調控網路，闡明了多個關鍵環節的分子機制，揭示了染色體不穩定性的重要發生原因，拓展了相關研究領域的基礎理論。研究成果多次被國外同行專文評述，產生了一定的國際影響。