黏连蛋白通过非黏连依赖机制稳定有丝分裂中着丝粒CCAN复合体的分子机制研究

本研究揭示了染色体乘客复合体(CPC)通过Haspin激酶依赖的WAPL磷酸化调控黏连蛋白(cohesin)在着丝粒的定位，进而稳定着丝粒相关网络(CCAN)复合体的新机制。研究人员发现这一过程独立于姐妹染色单体黏连功能，为理解有丝分裂中着丝粒结构和功能的调控提供了新视角。该发现发表在《Current Biology》上，对阐明染色体准确分离的分子基础具有重要意义。

　　

在细胞有丝分裂过程中，染色体的准确分离对维持基因组稳定性至关重要。这一过程依赖于着丝粒这一特殊染色体区域与纺锤体微管的正确连接。着丝粒由组蛋白H3变体CENP-A标记，并招募一个称为CCAN(constitutive centromere-associated network)的大型蛋白质复合体，作为连接着丝粒与纺锤体微管的桥梁。虽然已知CCAN在有丝分裂过程中会变得稳定，但其分子机制尚不清楚。

美国国立癌症研究所癌症研究中心生物化学与分子生物学实验室的研究人员Julian Haase等人在《Current Biology》上发表的研究揭示了这一过程的关键调控机制。他们发现黏连蛋白(cohesin)通过非黏连依赖的方式稳定CCAN复合体，这一过程受到染色体乘客复合体(CPC)通过Haspin激酶依赖的WAPL磷酸化途径的调控。

研究人员主要运用了非洲爪蟾卵提取物系统、免疫荧光显微技术、蛋白质免疫共沉淀、基因沉默和蛋白质表达等技术方法。通过时间分辨的蛋白质定位分析和功能缺失实验，系统研究了CCAN复合体在有丝分裂中的动态变化及其调控机制。

研究结果显示，CPC通过其CEN模块抑制CCAN在有丝分裂中的周转。具体机制上，CPC通过HP1依赖的方式招募Haspin激酶，促进WAPL在Thr8位点的磷酸化。这一修饰减弱了WAPL与PDS5B的相互作用，从而维持着丝粒近端黏连蛋白的定位。值得注意的是，黏连蛋白的缺失会破坏CCAN的稳定性，但单独介导的黏连蛋白切割或Esco2乙酰转移酶的敲除并不影响CCAN稳定性，表明黏连蛋白稳定CCAN的功能独立于姐妹染色单体黏连。

研究还发现，WAPL磷酸化对于维持着丝粒初级缢痕的形成至关重要。CPC缺失会导致着丝粒染色质结构的紊乱，而表达磷酸化模拟突变体WAPLT8E可以恢复这一表型。这些结果表明，CPC调控的着丝粒近端黏连蛋白通过组织着丝粒染色质结构来增强CCAN与CENP-A核小体的相互作用。

在讨论部分，作者提出了一个模型：在有丝分裂进入时，CPC通过富集Haspin活性来调控着丝粒近端的非黏连型黏连蛋白池，通过WAPL磷酸化来稳定CCAN的结合。黏连蛋白介导的染色质组织促进了CENP-A的聚集和可及性，从而增强了CCAN的有效亲和力并防止其在有丝分裂中的周转。这一发现不仅揭示了黏连蛋白在着丝粒功能中的新角色，也为理解染色体准确分离的分子机制提供了重要线索。

该研究的创新性在于首次阐明了黏连蛋白在着丝粒功能中的非黏连依赖作用，并建立了CPC-HP1-Haspin-WAPL-cohesin信号通路在CCAN稳定性调控中的分子机制。这些发现对于理解染色体不稳定性相关疾病如癌症的发生机制具有潜在的重要意义，也为开发相关治疗策略提供了新的理论基础。