综述：CENP-A组装与遗传的细胞周期控制简史

这篇综述深入探讨了着丝粒组蛋白变体CENP-A在细胞周期中的精确调控机制，系统梳理了40年来从发现到分子机制解析的研究历程。文章聚焦CDK（周期蛋白依赖性激酶）和PLK1（Polo样激酶1）通过多层次磷酸化调控（如M18BP1-T653、HJURP-RxL基序）限制CENP-A在G1期组装的分子逻辑，揭示了着丝粒表观遗传维持的核心通路（CCAN复合物/Mis18αβ/HJURP），为染色体稳定性相关疾病研究提供关键理论框架。

　　

CENP-A组装与遗传的细胞周期控制简史

着丝粒的分子定义与表观遗传本质

1882年Flemming首次描述染色体"初级缢痕"，1936年Darlington将其命名为着丝粒（centromere）。20世纪70年代发现着丝粒区域富含α-卫星重复序列，但1985年Earnshaw团队从CREST患者血清中鉴定出CENP-A/B/C蛋白复合物，颠覆了DNA序列决定着丝粒功能的传统认知。1993年Choo实验室发现无α-卫星的新着丝粒（neocentromere），证实CENP-A染色质才是着丝粒身份的表观遗传标记。

关键证据来自果蝇实验：将CENP-A强制靶向非着丝粒区LacO阵列可形成功能性着丝粒，且后续维持不再依赖初始诱导信号。荧光标记显示CENP-A核小体在细胞分裂中稳定遗传（半衰期>5代），而其他着丝粒蛋白（如CENP-C）则呈现动态交换。这种"表观遗传记忆"特性使CENP-A成为跨代传递着丝粒位置信息的分子载体。

CENP-A作为着丝粒标志物的证据

CENP-A的组蛋白H3变体特征于1994年被揭示，其独特的着丝粒靶向域（CATD）包含刚性Loop1和α2螺旋，可被伴护蛋白HJURP特异性识别。2006年果蝇实验证明CENP-A过表达会诱发异位着丝粒形成，2011年LacO靶向系统进一步验证只需HJURP或其果蝇同源物CAL1即可重建功能性着丝粒。FRAP技术显示CENP-A在G1期动态更新后即保持染色质稳定状态，与复制偶联的组蛋白H3.3沉积形成鲜明对比。

CENP-A组装与DNA合成的解偶联

1997年Shelby发现CENP-A mRNA在G2期峰值表达，强制S期表达导致错定位。2007年突破性工作通过SNAP标签脉冲追踪证实：CENP-A组装严格限定于有丝分裂退出后的G1期窗口期（约2-4小时）。这种时序调控确保S期复制时CENP-A核小体被1:1分配到姐妹染色单体，形成CENP-A/H3混合染色质模板，为后续着丝粒蛋白（如CENP-T/W）组装提供结构基础。

CENP-A组装机器的发现

2000年裂殖酵母筛选鉴定出首个CENP-A组装必需因子Mis18，其人类同源物Mis18α/β与M18BP1形成六聚体复合物。2009年两项研究同时发现HJURP是脊椎动物CENP-A特异性伴护蛋白，通过CATD域直接结合新生CENP-A-H4二聚体。冷冻电镜显示Mis18αβ六聚体像"分子扳手"般扭转M18BP1构象，暴露出HJURP结合界面。

CDK通过磷酸化抑制实现G1期限制

CDK1/2通过三重刹车机制阻止误时组装：

1. 磷酸化M18BP1-T653阻碍着丝粒定位
2. 磷酸化N端T40/S110破坏Mis18αβ六聚体形成
3. 通过HJURP的RxL基序捕获cyclin A，遮蔽其着丝粒定位信号
   有丝分裂退出时CDK活性下降，这些抑制被解除，形成约30分钟的"许可窗口"。

PLK1正向调控组装机器

2014年发现PLK1通过"自我强化"磷酸化级联激活组装：

1. 初始结合M18BP1-T78/S93
2. 磷酸化Mis18α-S54解除N端α螺旋自抑制
3. 磷酸化HJURP-T654稳定复合物结合
   这种双因子认证（CDK抑制+PLK1激活）确保组装仅在CDK下降而PLK1未降解的短暂窗口发生。

着丝粒稳态的未解之谜

现存争议包括：

1. 是否存在真正的"许可"机制（如CDK在G2期预标记M18BP1-S98）
2. CENP-A/H3核小体空间排列是否提供组装信号
3. 着丝粒张力是否通过"张力计"模型调节组装量
   最新发现SUMO化/去SUMO化动态平衡和异染色质边界（H3K9me3）共同精细调控CENP-A水平，但精确终止组装的磷酸酶系统仍有待阐明。