Science：揭示细胞分裂过程中维持着丝粒完整性的机制

着丝粒（centromere）是DNA的一个区域，细胞分裂机制附着在这里，将细胞遗传物质的相同拷贝分配成新形成的子细胞中。因此，着丝粒是确保DNA在细胞分裂过程中正确分裂不可或缺的。

在一项新的研究中，来自爱丁堡大学等研究机构的研究人员解决了一个长达十年之久的关于着丝粒维持机制的问题。他们指出一种名为PLK1的蛋白质能触发一个在细胞分裂过程中的正确时间和地点协调关键蛋白质的过程，从而确保每个新细胞的着丝粒位于正确的位置。这一发现揭示了生命中最基本的过程之一，即确保细胞的DNA（包装到染色体中）在多轮细胞分裂中正确分离。

相关研究结果发表在2024年9月6日的Science期刊上，论文标题为“PLK1-mediated phosphorylation cascade activates Mis18 complex to ensure centromere inheritance”。

论文通讯作者、爱丁堡大学的Jeyaprakash Arulanandam 教授说，“在人体中，每天大约有两万亿个细胞分裂。准确的染色体分离是生命本身的基础，一旦出现错误则可能造成灾难性后果。如果着丝粒缺失或出现在错误的位置，那么分裂细胞之间就不能正确共享遗传信息。在成年人中，这可能导致包括癌症在内的许多疾病，而在生命的最初阶段，它可能导致出生缺陷。”

细胞分裂复合物（cell division machinery）通过一种名为 CENP-A 的蛋白质的多个拷贝的存在来识别着丝粒。但每次细胞分裂时，着丝粒上的这种蛋白质都必须重新填充。

多年来，允许这种补充发生的精确分子事件，使着丝粒通过大量的细胞分裂保持其特性和位置，一直是大量研究的焦点。

另一个研究团队之前的研究已发现PLK1 是控制 CENP-A 补充发生的分子“总”开关之一，但其作用机制仍然是个谜。

在这项新的研究中，研究者利用生物物理、生物化学、结构生物学和细胞生物学技术更好地了解了 PLK1 的作用。他们发现PLK1 对两种蛋白质（Mis18α 和 Mis18BP1）进行了化学修饰，即磷酸化，其中这两种蛋白质是一组蛋白质（Mis18 复合物）的一部分。

图片来自Science, 2024, doi:10.1126/science.ado82703

先前的研究已发现Mis18蛋白复合物在细胞分裂过程中补充CENP-A水平方面发挥着至关重要的作用。

这些最初的化学修饰在 Mis18 复合物上产生了结合位点，使 PLK1 蛋白能够对其他 Mis18 蛋白进行额外的磷酸化，从而激活 Mis18 复合物。

研究者发现PLK1 还能使另一种名为 HJURP 的蛋白质磷酸化，其中HJURP 负责将 CENP-A 装载到着丝粒上。

这些变化共同使Mis18复合物发挥引导作用，控制HJURP何时与着丝粒结合，并确保在细胞分裂过程中的正确位置和时间装载CENP-A。

论文共同第一作者、爱丁堡大学的 Pragya Parashara 说，“PLK1启动了一个类似于接力赛的分子过程，它决定了关键蛋白相互作用的方式和时间。它能确保在每一轮细胞分裂后恢复 CENP-A 的水平，从而维持着丝粒的完整性。这是细胞最关键的保障之一，对遗传物质在无数代细胞中的正确传递至关重要，这对创造和维持生命至关重要。” （生物谷Bioon.com）

参考资料：

Pragya Parashara et al. PLK1-mediated phosphorylation cascade activates Mis18 complex to ensure centromere inheritance. Science, 2024, doi:10.1126/science.ado82703.