张传茂教授课题组JCB获细胞分裂重要发现

　　

      近期北京大学生命科学学院张传茂教授课题组在纺锤体组装和染色体列队和分离研究中取得了重要进展。继发现微管募集蛋白TPX2受到Aurora A蛋白激酶磷酸化调控，进而调节细胞有丝分裂中期纺锤体长度(Fu et al, 2015. Journal of Cell Biology)后，该课题组最新发现去泛素化蛋白酶USP16调控蛋白激酶Plk1在动粒上的定位，并促进有丝分裂期纺锤体装配和染色体列队。该工作以“Usp16 Regulates Kinetochore Localization of Plk1 to Promote Proper Chromosome Alignment in Mitosis”为题，发表于8月31日刊的国际知名细胞生物学杂志Journal of Cell Biology。

      细胞在有丝分裂中期，染色体在赤道板上的列队对于母细胞将遗传物质平均分配到两个子细胞至关重要。蛋白激酶Plk1作为一个有丝分裂期重要的调控因子，在调节染色体列队的过程中发挥着关键作用。在G2-M期转换时，一部分Plk1通过其PBD结构域定位于动粒，稳定动粒和微管的连接，进而调节染色体在赤道板的正常列队。一旦完成动粒和微管的连接，动粒定位的这部分Plk1受到泛素化连接酶CUL3/KLHL22的泛素化，并从动粒上脱落下来。张传茂教授课题组揭示USP16在促进和稳定Plk1动粒定位的调控中发挥重要作用。研究发现，在有丝分裂前中期，CDK1和Plk1激酶循序磷酸化并激活动粒上的USP16，USP16能够拮抗CUL3/KLHL22的功能，使Plk1去泛素化，促进Plk1与动粒锚定蛋白如BubR1结合，从而维持Plk1在动粒上定位。在有丝分裂中期，USP16在动粒上的定位减弱，导致Plk1泛素化与去泛素化修饰之间的平衡被打破，更多的Plk1被CUL3/KLHL22泛素化，并从动粒上脱落下来，进而沉默纺锤体组装检验点，促进后期染色体分离。

泛素化和去泛素化修饰共同调控Plk1的动粒定位 (Zhuo et al, 2015. JCB)

      该项工作发现了Plk1在有丝分裂前中期动粒定位和发挥功能的新的分子调控机制。USP16对Plk1的去泛素化调控，对于动粒和微管连接的起始、染色体正常列队和姐妹染色单体的分离是必需的。染色体列队异常，会导致非整倍体的形成，并可能引起遗传疾病和肿瘤发生。因此，该研究工作可能为癌症等疾病的治疗提供新的思路。该课题组已毕业博士研究生禚晓龙和在读博士生郭晓为本文共同第一作者。该工作由张传茂教授和美国加州理工大学刘军军教授共同指导完成，二者共为通讯作者。

      张传茂教授课题组长期得到国家自然科学基金委多种项目、科技部973和重大计划项目、北京大学985项目、生物膜国家重点实验室和细胞增殖与分化教育部重点实验室等大力支持。

原文摘要：

Usp16 Regulates Kinetochore Localization of Plk1 to Promote Proper Chromosome Alignment in Mitosis

During the G2 to M phase transition, a portion of mitotic regulator Plk1 localizes to the kinetochores and regulates the initiation of kinetochore–microtubule attachments for proper chromosome alignment. Once kinetochore–microtubule attachment is achieved, this portion of Plk1 is removed from the kinetochores as a result of ubiquitination. However, the crucial molecular mechanism that promotes the localization and the maintenance of Plk1 on the kinetochores until metaphase is still unclear. We report that ubiquitin-specific peptidase 16 (Usp16) plays a key role during this process. Usp16 deubiquitinates Plk1, resulting in an enhanced interaction with kinetochore-localized proteins such as BubR1, and thereby retains Plk1 on the kinetochores to promote proper chromosome alignment in early mitosis. Down-regulation of Usp16 causes increased ubiquitination and decreased kinetochore localization of Plk1. Thus, our data unveil a unique mechanism by which Usp16 promotes the localization and maintenance of Plk1 on the kinetochores for proper chromosome alignment.