E2F活性调控G2期阻滞细胞的命运抉择：有丝分裂还是全基因组复制？

本研究针对G2期细胞在阻滞状态下选择有丝分裂或全基因组复制(WGD)的调控机制这一关键科学问题，通过系统研究揭示了E2F转录活性通过c-Myc依赖途径调控APC/C活性的分子开关作用。研究人员发现CDK4/6和CDK2抑制诱导的G2期阻滞中，APC/C再激活状态决定细胞命运：维持APC/C失活的细胞通过CDK2-FoxM1通路进入有丝分裂，而APC/C再激活则导致cyclin A降解并引发WGD。该研究为理解肿瘤基因组不稳定性和治疗抵抗提供了新视角，发表于《Nature Communications》。

　　

在细胞生命活动的精密调控中，G2/M检查点如同一位严格的质检员，确保DNA复制无误后才能放行细胞进入有丝分裂。然而当细胞遭遇CDK抑制剂治疗或DNA损伤时，这个检查点就会亮起红灯，迫使细胞在G2期"停车待检"。有趣的是，这些被阻滞的细胞面临着一个关键抉择：是等待修复后继续有丝分裂，还是冒险进行全基因组复制(WGD)？后者在肿瘤发生中扮演着危险角色，与基因组不稳定性和治疗抵抗密切相关。

长期以来，科学家们对G1期调控机制了如指掌，特别是著名的限制点(Restriction point)调控。但G2期细胞如何做出命运抉择的分子机制却始终笼罩在迷雾中。这项发表在《Nature Communications》的研究，犹如一盏探照灯照亮了这个调控盲区。

研究人员采用多学科交叉的研究策略，通过活细胞成像技术实时追踪细胞周期进程，结合单细胞分析揭示异质性响应。关键实验技术包括：1)基于荧光蛋白降解报告系统监测APC/C活性和细胞周期时相；2)CDK4/6和CDK2活性生物传感器实时成像；3)单细胞mRNA荧光原位杂交(FISH)定量E2F靶基因表达；4)使用原发性小鼠胚胎成纤维细胞(MEFs)和人乳腺上皮细胞(MCF-10A)模型系统。

G2期阻滞细胞需要CDK4/6活性重新进入细胞周期

通过DNA含量与EdU标记分析发现，CDK4/6和CDK2抑制会导致G2期细胞积累并出现>4N DNA含量的细胞群体。免疫荧光显示这些细胞中Rb蛋白在S807/811位点的磷酸化水平显著降低，同时伴随DNA损伤标志物γH2AX和53BP1的积聚。活细胞追踪实验证实，G2期阻滞细胞与G1期细胞类似，都需要通过CDK4/6激活Rb/E2F通路才能重新进入细胞周期。

p53介导的CDK2/4/6抑制诱导APC/C再激活和WGD

使用CDK2/4/6抑制剂PF-06873600处理细胞后，75%的G2期细胞出现APC/C过早再激活。药物撤除后，维持APC/C失活的细胞直接进入有丝分裂，而APC/C再激活的细胞则发生DNA再复制。敲除APC/C激活因子Cdh1显著加速有丝分裂进程，证实APC/C活性状态决定细胞命运走向。值得注意的是，p53缺失可显著减弱应激诱导的CDK2/4/6抑制，从而阻止APC/C再激活。

E2F活性决定APC/C再激活状态

mRNA FISH分析显示，维持APC/C失活的细胞中E2F靶基因(E2F1和Cdc25A)表达水平显著高于APC/C再激活的细胞。Rb敲除可显著抑制G2期阻滞时的APC/C再激活，而Emi1(APC/C抑制剂)敲低则促进APC/C再激活和WGD。诱导表达不可降解的Emi1突变体(Emi1^AxxA)可抑制APC/C再激活，使细胞在药物撤除后进入有丝分裂。这些结果证实E2F活性通过调控Emi1表达来决定APC/C状态。

有丝分裂信号通过c-Myc调控E2F活性

在有丝分裂信号存在时，G2期细胞可不依赖CDK4/6活性直接进入有丝分裂。但当CDK2/4/6受抑制时，有丝分裂信号水平与APC/C再激活呈负相关。c-Myc敲低降低E2F靶基因表达并增加APC/C再激活，而c-Myc过表达则产生相反效果。这表明有丝分裂信号通过c-Myc依赖途径增强E2F活性，从而抑制APC/C再激活。

CDK2通过FoxM1磷酸化促进有丝分裂进入

CDK2(而非CDK4/6)抑制可阻断FoxM1在T600位点的磷酸化，这是启动包括cyclin B在内的有丝分裂相关基因表达的关键步骤。在CDK2/4/6抑制期间，维持APC/C失活的细胞在药物撤除后能快速恢复cyclin B积累并进入有丝分裂