M18BP1通过磷酸化调控开关激活condensin II复合体促进有丝分裂染色体凝聚的分子机制

本研究揭示了M18BP1作为condensin II复合体的关键激活因子，通过与CAP-G2亚基的直接相互作用，在有丝分裂起始阶段触发染色体凝聚的分子机制。研究人员发现MCPH1在间期通过竞争性结合抑制condensin II活性，而CDK1介导的磷酸化促使结合偏好从MCPH1转向M18BP1，这一发现不仅阐明了细胞周期中基因组空间重排的时空调控原理，更为理解微头畸形等染色体异常疾病的发病机制提供了新视角。

　　

在真核细胞的生命周期中，基因组需要经历剧烈的空间重组才能确保有丝分裂时染色体的正确分离。这一过程主要由两种结构维持染色体(Structural Maintenance of Chromosomes, SMC)复合体——condensin I和condensin II协同完成。虽然已知condensin II在早期有丝分裂启动染色体缩短过程中起关键作用，但长期以来科学家们对其在特定时空调控的激活机制知之甚少。特别令人困惑的是，condensin II在整个细胞周期都存在于细胞核内，却只在有丝分裂起始时才表现出活性，这种精确的时空调控机制成为领域内亟待解决的重要科学问题。

来自意大利Human Technopole、德国马克普朗克分子生理学研究所和荷兰癌症研究所的Alessandro Borsellini、Duccio Conti和Erin E. Cutts等研究人员通过多学科交叉方法，发现着丝粒相关蛋白M18BP1（MIS18结合蛋白1）是condensin II活性和染色质定位的关键调控因子。这项发表在《Molecular Cell》的研究不仅揭示了condensin II激活的新机制，还阐明了间期基因组保持非凝聚状态和进入有丝分裂时迅速凝聚的分子开关。

研究人员主要运用了四种关键技术：1）在单倍体HAP1细胞中进行合成致死性筛选，鉴定condensin II调控因子；2）通过免疫共沉淀结合质谱分析（IP-MS）解析蛋白质相互作用网络；3）运用冷冻电镜（cryo-EM）在7?分辨率下解析condensin II-M18BP1复合体结构；4）采用荧光各向异性竞争实验定量分析磷酸化对蛋白质相互作用的影响。这些技术的综合运用为揭示condensin II调控机制提供了多层次证据。

研究结果部分，作者通过多个精心设计的实验逐步揭示了调控机制：

"M18BP1 interacts with condensin II"部分显示，合成致死筛选和IP-MS分析共同鉴定出M18BP1与condensin II所有亚基存在特异性相互作用。体外下拉实验证实M18BP1_873-1132片段能直接结合condensin II而非condensin I，且保守的"HDDFF"基序对结合至关重要。

"M18BP1 uses a short linear motif to engage CAP-G2"部分通过冷冻电镜结构解析和交联质谱（XL-MS）证实，M18BP1的"HDDFF"基序与condensin II的CAP-G2亚基形成稳定界面。内源性M18BP1突变体（HDDFF→AAAA）完全破坏了与condensin II的结合能力。

"M18BP1 is a major recruiter of condensin II during mitosis"部分证明，M18BP1突变导致condensin II在有丝分裂染色体上几乎完全消失，染色体凝聚缺陷程度与condensin II敲除相当。值得注意的是，M18BP1突变不影响其参与着丝粒CENP-A沉积的功能，表明这是一个功能分离的突变体。

"MCPH1-M18BP1 competition keeps the interphase genome uncondensed"部分揭示，MCPH1通过结构相似的"YDDYF"基序竞争性结合CAP-G2，在间期抑制condensin II活性。当MCPH1被敲除时，M18BP1依赖的condensin II激活会导致间期染色体提前凝聚，这一表型在同时敲除M18BP1后完全消失。

"A model for condensin II activation"部分阐明了CDK1介导的磷酸化调控机制：磷酸化同时削弱MCPH1结合并增强M18BP1亲和力，形成"双保险"开关。荧光各向异性实验定量显示，磷酸化使M18BP1竞争能力提高约30倍（K_D从20.0μM降至0.7μM），而模拟磷酸化位点突变（7A）则完全阻断了这一调控。

这项研究的重要意义在于：首先，阐明了condensin II在细胞周期中时空调控的核心机制，解决了染色体动态组织领域的关键问题；其次，发现M18BP1具有双重功能——既参与着丝粒维持又调控染色体凝聚，这种"兼职"特性为理解细胞周期协调提供了新视角；第三，揭示了CDK1通过磷酸化调控蛋白质相互作用的精确分子开关，为开发干预染色体异常疾病的策略提供了潜在靶点。特别值得注意的是，由于MCPH1突变会导致人类微头畸形，这项研究为理解该疾病的发病机制提供了分子层面的解释，暗示异常condensin II激活可能是导致病理变化的关键环节。