科学家揭示细胞分裂过程中保存着丝粒的机制

科学家们已经解决了一个长达十年的问题，即保存着丝粒的机制，着丝粒是确保细胞分裂过程中 DNA 正确分裂的枢纽。

这项发表在《科学》杂志上的研究表明，一种名为 PLK1 的蛋白质可以触发一个过程，在细胞分裂过程中协调关键蛋白质在正确的时间和位置，确保每个新细胞的着丝粒都位于正确的位置。

着丝粒是 DNA 的一个区域，细胞分裂机制附着于此，将细胞遗传物质的相同副本分离到新形成的细胞中。

这一发现揭示了生命最基本的过程之一，即确保细胞的 DNA 在经过多轮细胞分裂后被包装成染色体并正确分离。

“在人体中，每天大约有两万亿个细胞分裂。准确的染色体分离是生命本身的基础，错误可能是灾难性的。如果着丝粒缺失或位于错误的位置，那么遗传信息就无法在分裂细胞之间正确共享。

领导这项研究的爱丁堡大学和慕尼黑大学教授 Jeyaprakash Arulanandam 说：“在成年人中，这可能导致包括癌症在内的许多疾病，而在生命的早期阶段，它可能导致出生缺陷。”

细胞分裂机制通过一种名为 CENP-A 的蛋白质的多个拷贝来识别着丝粒。但每次细胞分裂时，着丝粒中的这种蛋白质的库存都必须补充。

多年来，人们一直致力于研究使这种补充得以发生的精确分子事件，从而使着丝粒能够在大量细胞分裂中保持其身份和位置。

另一个研究小组此前的研究表明，PLK1 是控制 CENP-A 补充时间的分子“主”开关之一，但其作用机制仍然是个谜。

该团队包括爱丁堡大学和慕尼黑大学的研究人员，他们利用生物物理、生物化学、结构和细胞生物学技术来更好地了解 PLK1 的作用。

这项研究表明，PLK1 对两种蛋白质(Mis18α 和 Mis18BP1)进行了化学变化，即磷酸化，这两种蛋白质构成了一组蛋白质(称为 Mis-18 复合物)的一部分。

先前的研究，包括 Jeyaprakash Arulanandam 教授团队的研究，表明 Mis18蛋白质复合物在细胞分裂过程中对补充 CENP-A 水平起着至关重要的作用。

这些初始化学变化在 Mis18 复合物上产生了结合位点，使得 PLK1 蛋白对其他 Mis18 蛋白进行额外的磷酸化，从而激活 Mis18 复合物。

研究人员发现，PLK1 还会磷酸化另一种名为 HJURP 的蛋白质，该蛋白质负责将 CENP-A 装载到着丝粒上。

这些变化共同使 Mis18 复合物发挥引导作用，控制 HJURP 何时与着丝粒结合，并确保 CENP-A 在细胞分裂期间在正确的时间和位置加载。

“PLK1 启动了一个类似于接力赛的分子过程，决定了关键蛋白质如何以及何时相互作用。它确保 CENP-A 水平在每一轮细胞分裂后恢复，从而保持着丝粒的完整性。

爱丁堡大学论文的主要作者之一 Pragya Parashara 说：“这是细胞最重要的保护措施之一，对于遗传物质在无数代细胞中的正确转移至关重要，这对于生命的创造和维持至关重要。”