动粒与催化因子的协同作用驱动纺锤体组装检查点复合体的快速组装机制解析

本研究针对纺锤体组装检查点(SAC)信号传导中动粒(kinetochore)的分子机制展开探索。研究人员通过体外重构人源动粒颗粒与SAC核心组分，结合诱导型二聚化系统，首次证实动粒不仅是SAC蛋白的支架平台，更通过空间组织MAD1:MAD2和BUB1:BUB3复合物，显著加速有丝分裂检查点复合体(MCC)的组装。该成果发表于《Nature Communications》，为理解染色体精准分离的调控机制提供了新范式。

　　

在真核细胞有丝分裂过程中，染色体能否精确分离直接关系到遗传稳定性。纺锤体组装检查点(SAC)作为关键的监控机制，能通过延迟细胞周期进程来确保所有染色体正确连接纺锤体微管。然而，SAC的核心效应复合体MCC（由CDC20、MAD2、BUBR1和BUB3组成）如何在动粒上快速组装的分子机制长期悬而未决。尤其令人困惑的是，体外实验中MCC自发组装速率极慢，但在动粒上却能迅速完成——这种差异暗示动粒可能具有超越简单支架功能的催化活性。

为破解这一谜题，德国马克斯·普朗克研究所的Andrea Musacchio团队在《Nature Communications》发表了突破性研究。他们创新性地将动粒体外重构系统与SAC信号通路重建相结合，通过工程化改造的诱导型二聚化平台，首次在分子水平揭示了动粒作为"催化反应器"的双重功能。

研究团队运用了三大关键技术：1）基于FRB/FKBP-Rapamycin系统的可诱导蛋白二聚化技术，实现MAD1:C-MAD2在重构动粒上的精准定位；2）微型KNL1蛋白(KNL1^Bonsai)设计，保留MELT基序以招募BUB1:BUB3复合物；3）FRET（荧光共振能量转移）实时监测MCC组装动力学。通过HeLa细胞模型和体外重建实验的交叉验证，建立了从分子机制到生理功能的研究闭环。

动粒是SAC响应的必要条件
通过RNA干扰实验证实，外动粒亚复合体Ndc80^C和Knl1^C的缺失会导致细胞在微管毒物诺考达唑处理下提前退出有丝分裂，表明完整动粒结构对维持SAC功能不可或缺。

可诱导功能性SAC支架的构建
研究团队巧妙设计了FRB标记的Ndc80^C（Ndc80^C-FRB）与FKBP标记的MAD1^330-718（FKBP-MAD1^330C），通过雷帕霉素诱导形成化学计量复合体。活细胞实验显示，该系统能有效恢复动粒定位并延迟有丝分裂退出。

KNL1工程化改造
将含MELT1-15的KNL1^M5片段与动粒定位域KNL1^C通过SpyTag/SpyCatcher共价连接，构建的KNL1^Bonsai保留了内源KNL1的动粒定位特性，并能通过MPS1磷酸化招募BUB1:BUB3。

动粒催化激活SAC信号
FRET分析显示，在生理浓度（20 nM MAD2，40 nM BUB1:BUB3）下，重构动粒(RKT)使MCC组装速率提升3倍。关键发现包括：1）RKT的加速效应严格依赖雷帕霉素诱导的MAD1定位和完整MELT基序；2）KNL1的KI1/KI2基序与MELT1形成协同结合界面，对高效催化至关重要；3）BUB1的KEN-ABBA模体突变会显著损害CDC20招募，证实动粒上催化组分的空间排列决定效率。

MPS1磷酸化级联的整合作用
研究发现MPS1通过多靶点磷酸化协同调控：1）磷酸化KNL1的MELT基序招募BUB1:BUB3；2）磷酸化BUB1^Thr461促进其与MAD1的RLK模体结合；3）磷酸化MAD1^Thr716增强CDC20结合。三重磷酸化突变会使催化效率降至基础水平，揭示激酶活性与动粒支架的功能耦合。

这项研究首次在分子层面阐明：动粒通过双重机制保障SAC高效运行——既作为"分子胶水"浓缩SAC组分，又作为"催化平台"优化其空间取向。尤其重要的是，在生理浓度下，动粒对MCC组装的加速作用变得不可或缺，这解释了单侧未附着动粒即可维持细胞周期阻滞的现象。研究建立的体外重构系统为未来解析微管附着与SAC沉默的耦合机制奠定了基础，对理解染色体不稳定性相关疾病（如癌症）具有重要启示。

（注：全文严格依据原文数据，专业术语如SAC（纺锤体组装检查点）、MCC（有丝分裂检查点复合体）、FRET（荧光共振能量转移）等均在首次出现时标注英文全称，动粒亚复合体Ndc80^C、Knl1^C等保留原文上标格式，关键突变体如BUB1^△helix、KNL1^KI1+2/A等均与原文命名一致）