异染色质蛋白HP1保护姐妹染色体粘连的分子机制

发布时间：2020-07-13 00:26

【摘要】：染色体组不稳定性(Chromosomal Instability,CIN)由有丝分裂期染色体的错误分离所导致,是多数癌症的重要特征。染色体的准确分离由一个复杂的细胞网络调控,其中关键的环节是黏连蛋白复合物(cohesin)介导的姐妹染色体粘连。脊椎动物细胞中,姐妹染色体粘连在间期的DNA复制期就已经建立,当细胞进入有丝分裂期,染色体臂上的cohesin会被粘连拮抗因子Wapl去除,为保证染色体正确整列,着丝粒处粘连不得在后期之前去除。然而,有丝分裂期着丝粒处粘连是如何躲避Wapl的去除作用而被保护,迄今还不清楚。HP1(Heterochromatin Protein 1)是异染色质的主要组成成分之一。哺乳动物细胞的HP1和cohesin定位情况相似,即细胞进入有丝分裂时,绝大部分HP1从染色体臂上脱离,只有小部分保留在着丝粒区。截止目前,HP1定位在有丝分裂期着丝粒区的功能还不甚清楚。人体中HP1家族包含三个组分:HP1α、HP1β和HP1γ,我们的研究发现双敲除(double knock out,DKO)HP1α和HP1y会导致有丝分裂进程缺陷以及着丝粒处粘连缺陷。特异性地破坏HP1α的Chromo-shadow domain(CSD)功能位点,HP1α则不能发挥姐妹染色体粘连保护功能,若将HP1α的CSD强制带到着丝粒处,足以恢复HP1双敲除细胞中的粘连缺陷。之前的研究报道表明,Haspin通过拮抗粘连去除因子Wapl而保护着丝粒处粘连,有趣的是,我们的研究发现HP1依赖Haspin发挥粘连保护功能。进一步的研究结果表明,HP1α与Haspin氨基端的PxVxL基序直接结合并促进Haspin在着丝粒区的定位。如果人为将外源Haspin带到着丝粒区或者抑制Wapl活性,细胞则不再依赖HP1来发挥染色体粘连保护功能。综上所述,在人体细胞中,HP1α和HP1y通过促进Haspin在着丝粒区的定位来保护姐妹染色体粘连,HP1α和HP1y发挥着相互冗余的着丝粒区粘连保护功能。这项研究成果结束了长久以来关于异染色质是否以及如何参与调控染色体粘连的争论,对于深入理解染色体粘连缺陷与染色体不稳定性之间的关系具有重要意义。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q343.2
【图文】：

动粒,细胞命运,管形,微管

动粒分别与对应纺锤体极的微管附着。着丝粒区姐妹染色体粘连通过抵抗纺锤体逡逑的牵拉，产生一定的张力来稳定动粒与微管的附着。动粒与微管的接着方式有四逡逑种（图１．１）：邋Ａｍｐｈｉｔｅｌｉｃ连接（一对动粒正确附着在从相反的两极发出来的微逡逑管），Ｓｙｎｔｅｌｉｃ连接（一条染色体上的两个动粒与同一侧微管连接），Ｍｏｎｏｔｅｌｉｃ连接逡逑（只有一个动粒与纺键体连接）和Ｍｅｒｏｔｅｌｉｃ连接（一个动粒与来自双极的纺键体逡逑连接）。逡逑当细胞内形成错误的动粒－微管连接时，一方面，极光激酶Ｂ邋（Ａｕｒｏｒａ邋Ｂ）很逡逑快感知到动粒与微管间这种不对称的张力，ＳＡＣ核心成分Ｍａｄｌ、Ｍａｄ２、Ｂｕｂ３、逡逑ＢｕｂＲｌ及检查点激酶ＡｕｒｏｒａＢ、Ｂｕｂｌ和Ｍｐｓｌ被招募至着丝粒和动粒区域，这些蛋逡逑白催化抑制ＡＰＣ／Ｃ－ＣＤＣ２０复合物（ＡＰＣ／ＣＣＤＣ２Ｑ），阻止后期的发生。这种抑制是逡逑通过将ＡＰＣ／Ｃ激活因子ＣＤＣ２０结合到由检查点蛋白Ｍａｄ２、ＢｕｂＲｌ、Ｂｕｂ３和ＣＤＣ２０逡逑组成的有丝分裂检查点复合物（Ｍｉｔｏｔｉｃ邋ｃｈｅｃｋｐｏｉｎｔ邋ｃｏｍｐｌｅｘ，邋ＭＣＣ）中来实现逡逑的。另一方面，ＡｕｒｏｒａＢ可以矫正错误的动粒－微管连接，当张力不足时，位于着逡逑丝粒内层的ＡｕｒｏｒａＢ与其外层动粒的底物较近

动粒,中心体,微管

都被纠正的可能性很小，进而导致染色体的错误分离形成非整倍体。另外，大量逡逑ｓｙｎｔｅｌｉｃ连接方式的积累也会促进ｍｅｒｏｔｅｌｉｃ的产生，进而导致后期异常分离加剧逡逑（图１．３）。这些发现认为多余中心体和ＣＩＮ邋（实体肿瘤的两个常见特征）之间存在逡逑直接联系，这一机制可能是人类癌症中ＣＩＮ的常见潜在原因。逡逑＾邋Ｔ＋ｒ逡逑图１．３多余中心体会导致ｍｅｒｏｔｅｌｉｃ动粒－微管连接增多【４１。多余中心体通过改变纺镑逡逑体几何结构促进了邋ｍｅｒｏｔｅｌｉｃ邋（绿色的纺镑体）连接。此外，ｓｙｎｔｅｌｉｃ邋（蓝色的纺镑体）连接逡逑的积累也会促进ｍｅｒｏｔｅｌｉｃ连接加剧。来不及被纠正的ｍｅｒｏｔｅｌｉｃ连接会增加后期带滞后染逡逑色体的细胞比例。逡逑１．１．４动粒微管稳定性增强和染色体组不稳定性逡逑５逡逑

动粒,微管,肿瘤细胞,纠正错误

体组不稳定性特征的肿瘤细胞，其微管和动粒的连接更加稳定。这种连接稳定性增逡逑强促进了肿瘤细胞后期动粒－微管的不正确附着，并且最终会导致染色体的错误分逡逑离（图１．４）。此外，敲减肿瘤抑制蛋白ＡＰＣ或ｋｉｎｅｓｉｎ－１３ＭＣＡＫ蛋白会增加正常逡逑ＲＰＥ－１细胞动粒－微管连接的稳定性，导致细胞后期的分离缺陷水平和Ｃ１Ｎ肿瘤细逡逑胞相当［５］。逡逑总的来说，肿瘤细胞纠正错误的动粒－微管连接能力减弱，也是ＣＩＮ在肿瘤细逡逑胞中广泛存在的一个重要原因。逡逑Ｎｏｒｍａｌ邋ｄｉｐｌｏｉｄ邋ｃｅｌｌｓ逡逑Ｃａｎｃｅｒ邋ｃｅｌｌｓ邋ｗｉｔｈ邋ＣＩＮ逡逑叙逦ｌａｇｇｉｎｇ邋ｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅ逡逑－逦＾逦Ｉ逡逑ｉ逦１逦１逦？逡逑ｐｒｏｍｅｔａｐｈａｓｅ逦ｍｅｔａｐｈａｓｅ逦ａｎａｐｈａｓｅ逡逑Ｍｉｔｏｔｉｃ邋ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｏｎ逡逑图１．４徽管与动粒连接稳定性增强会导致滞后染色体的产生Ｗ。正常细胞中，为了逡逑纠正错误的连接以防止染色体的错误分离，后期之前，动粒与微管的连接很频繁地被解除逡逑（黄色闪电）。而ＣＩＮ肿瘤细胞中这种解除的速率更慢，使得错误的连接更易于保留到后逡逑期，进而产生滞后染色体和非整倍体。逡逑１．１．５姐妹染色体粘连交弱和染色体组不稳定性逡逑大肠癌细胞中染色体的错误分离率比正常细胞和错配修复缺陷细胞高出了逡逑１０－１００倍，证明了邋ＣＩＮ表型与肿瘤发生的直接关联性，通常来说，染色体组不稳逡逑６逡逑

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