CENP-C-Mis12 複合體通過 Aurora B 激酶建立調節迴路，確保染色體正確分離

核心概念

CENP-C 與 Mis12 複合體之間的交互作用，通過 Bub1-H2AT120ph 軸正向調節著絲粒區 Aurora B 激酶的定位，進而促進染色體雙向定位和準確分離。

摘要

研究目標

本研究旨在探討 CENP-C 蛋白質中 Mis12 複合體結合域 (M12BD) 的生理功能，並闡明其在確保染色體正確分離中的作用機制。

研究方法

• 利用 CRISPR/Cas9 基因編輯技術構建了缺失 CENP-C 蛋白質 M12BD 的基因改造小鼠模型 (CenpcΔM12BD) 以及人類視網膜色素上皮細胞系 (RPE-1)。
• 通過細胞生長曲線分析、活細胞延時成像、免疫螢光染色、染色體分離錯誤率分析、微核形成分析、流式細胞術等方法，評估了 M12BD 缺失對細胞有絲分裂進程、染色體穩定性和腫瘤發生的影響。
• 此外，還利用 monastrol 誘導單極紡錘體形成，評估了 CENP-C M12BD 缺失對動粒-微管錯誤糾正效率的影響。

主要發現

• CenpcΔM12BD 小鼠的胚胎發育基本正常，但其胚胎成纖維細胞 (MEFs) 表現出有絲分裂延遲、染色體分離錯誤增加和微核形成增多等染色體不穩定性表型。
• 在兩階段皮膚癌發生模型中，CenpcΔM12BD 小鼠的腫瘤形成和惡性轉化顯著加速。
• 在 RPE-1 細胞中，CENP-C M12BD 的缺失導致動粒處 Aurora B 激酶水平降低、染色體振盪減弱、錯誤糾正效率下降，最終導致有絲分裂延遲和染色體分離錯誤增加。
• 在 HeLa 細胞中，強制 CENP-C 與 Mis12 複合體結合可以提高著絲粒區 Aurora B 激酶水平，並改善錯誤糾正效率。

主要結論

CENP-C 與 Mis12 複合體之間的交互作用對於維持著絲粒區 Aurora B 激酶的活性至關重要，進而確保了動粒-微管的正確連接、染色體的雙向定位以及有絲分裂過程中染色體的準確分離。

研究意義

本研究揭示了 CENP-C-Mis12 複合體在染色體分離過程中發揮的重要調節作用，為理解染色體不穩定性的分子機制提供了新的見解，並為癌症治療提供了潛在的靶點。

研究局限和未來方向

• 未來研究可以進一步探討 CENP-C-Mis12 複合體調節 Aurora B 激酶定位的詳細分子機制。
• 此外，還需要進一步研究靶向 CENP-C-Mis12 複合體的藥物在癌症治療中的應用潛力。

統計資料

與野生型小鼠相比，CenpcΔM12BD/ΔM12BD 小鼠在 DMBA/TPA 處理後 14-20 週內形成的乳頭狀瘤數量顯著增加。
在 36 週時，CenpcΔM12BD/ΔM12BD 小鼠的惡性轉化率顯著高於野生型小鼠。
CENP-CΔM12BD RPE-1 細胞中，Aurora B 在著絲粒區的信號強度顯著低於 CENP-CWT 細胞。
CENP-CΔM12BD 細胞中，H2AT120ph 的水平顯著降低，而 H3T3ph 的水平與 CENP-CWT 細胞相當。
在 monastrol 釋放 30 分鐘後，CENP-CΔM12BD 細胞中未對齊染色體的細胞比例顯著增加至約 20%。

引述

"The chromosomal instability is a hallmark of cancer."
"These results suggest that the CENP-C-Mis12C interaction positively regulates centromeric Aurora B localization through the Bub1-H2AT120ph axis."
"These results suggest that deletion of the M12BD of CENP-C diminishes error correction, possibly due to the reduction of Aurora B levels at centromeres, which is the primary cause of mitotic delay and chromosome segregation errors in CENP-CΔM12BD RPE-1 cells."

從以下內容提煉的關鍵洞見

CENP-C-Mis12 complex establishes a regulatory loop through Aurora B for chromosome segregation

by Kong,W., Har... 於 www.biorxiv.org 05-30-2024

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.05.29.596395v1

深入探究

除了 Bub1-H2AT120ph 軸外，還有哪些其他因素或途徑參與了 CENP-C-Mis12 複合體對 Aurora B 激酶定位的調節？

除了 Bub1-H2AT120ph 軸外，CENP-C-Mis12 複合體還可以通過以下途徑調節 Aurora B 激酶的定位：

直接招募 Aurora B： CENP-C 本身可能包含 Aurora B 的結合位點，或者通過與其他蛋白質形成複合體來招募 Aurora B。例如，CENP-C 可以與 INCENP（Aurora B 激酶複合體的一個組成部分）相互作用，從而將 Aurora B 定位到著絲粒。
調節 Aurora B 的活性： CENP-C-Mis12 複合體可能通過影響 Aurora B 激酶複合體的組裝或構象變化來調節其活性。例如，CENP-C-Mis12 複合體可能促進 Aurora B 的自磷酸化，從而增強其激酶活性。
影響著絲粒的結構： CENP-C-Mis12 複合體是著絲粒組裝和維持的關鍵因素。它們的交互作用可能影響著絲粒的整體結構，從而創造一個有利於 Aurora B 定位和活化的微環境。例如，CENP-C-Mis12 複合體可能影響著絲粒的染色質結構，使其更容易被 Aurora B 識別和結合。

需要進一步的研究來充分闡明 CENP-C-Mis12 複合體調節 Aurora B 定位的精確機制。

如果 CENP-C-Mis12 複合體的交互作用在某些細胞中過度活躍，是否會導致 Aurora B 激酶活性過高，進而引發其他有絲分裂缺陷或疾病？

是的，CENP-C-Mis12 複合體交互作用過度活躍可能導致 Aurora B 激酶活性過高，進而引發有絲分裂缺陷或疾病。
Aurora B 的活性受到嚴格調控，其過度活躍會導致：

錯誤校正機制失衡： Aurora B 的主要功能之一是糾正錯誤的著絲粒-微管連接。如果 Aurora B 活性過高，可能會導致過度糾正，反而破壞正常的著絲粒-微管連接，導致染色體排列和分離異常。
紡錘體檢查點缺陷： Aurora B 參與紡錘體組裝檢查點的調節。其活性過高可能抑制檢查點的功能，允許細胞在染色體未正確連接到紡錘體的情況下進入分裂後期，導致非整倍體的產生。
染色體分離異常： Aurora B 參與調節姐妹染色單體的黏連和分離。其活性過高可能導致姐妹染色單體過早分離或分離失敗，導致染色體橋或染色體斷裂。

這些有絲分裂缺陷最終可能導致細胞死亡、細胞衰老或癌變。一些研究表明，Aurora B 的過度表達與多種癌症的發生和發展有關。
因此，CENP-C-Mis12 複合體與 Aurora B 之間的平衡對於維持基因組穩定性和細胞正常功能至關重要。

從更廣泛的生物學角度來看，細胞如何協調和整合各種分子機制以確保基因組的穩定性和完整性？

細胞利用多層次的分子機制來確保基因組的穩定性和完整性，這些機制相互協調和整合，形成一個複雜而精密的調控網絡。以下是一些關鍵機制：

細胞週期檢查點： 細胞週期檢查點就像細胞週期中的“檢查站”，確保每個階段（如 DNA 複製、染色體分離）在進入下一階段之前正確完成。如果檢測到錯誤，檢查點會暫停細胞週期，並啟動修復機制。
DNA 損傷修復： 細胞擁有多種 DNA 損傷修復途徑，可以識別和修復各種 DNA 損傷，例如鹼基損傷、單鏈斷裂和雙鏈斷裂。這些途徑包括鹼基切除修復、核苷酸切除修復、同源重組和非同源末端連接。
染色體結構維持： 細胞利用端粒和著絲粒等結構來保護染色體的完整性。端粒是染色體末端的重複 DNA 序列，可以防止染色體末端融合和降解。著絲粒是染色體上與紡錘體微管連接的區域，確保染色體在細胞分裂過程中正確分離。
染色體正確分離： 細胞利用紡錘體裝配檢查點和錯誤校正機制來確保染色體在細胞分裂過程中正確分離。紡錘體裝配檢查點監測著絲粒-微管連接，確保所有染色體都正確連接到紡錘體上。錯誤校正機制可以識別和糾正錯誤的著絲粒-微管連接。
表觀遺傳調控： 表觀遺傳修飾，例如 DNA 甲基化和組蛋白修飾，可以影響基因表達和染色質結構，從而調節基因組穩定性。例如，DNA 甲基化通常與基因沉默相關，而組蛋白修飾可以影響染色質的鬆散或緊密程度，進而影響 DNA 複製和修復。

這些機制相互關聯，形成一個複雜的網絡。例如，細胞週期檢查點可以激活 DNA 損傷修復途徑，而表觀遺傳修飾可以影響 DNA 損傷修復的效率。此外，細胞還利用信號傳導途徑來整合來自內部和外部環境的信息，從而調節基因組穩定性。
總之，細胞利用多層次的分子機制來確保基因組的穩定性和完整性。這些機制相互協調和整合，形成一個複雜而精密的調控網絡，對於維持細胞的正常功能和防止疾病至關重要。