Science：细胞如何维持细胞分裂的中央处理单元

着丝粒是DNA中一个特殊的位置，它的功能是控制细胞分裂，并在几代细胞中保持不变。它的特征是一种特殊的蛋白质，称为着丝粒蛋白a (CENP-A)，它标记着着丝粒并动员细胞分裂所必需的其他参与者。“生命复制的一个基本问题是:什么机制允许这种结构(CENP-A标记)在每个细胞周期中精确地恢复自身?”

　　

着丝粒是DNA中一个特殊的位置，它的功能是控制细胞分裂，并在几代细胞中保持不变。它的特征是一种特殊的蛋白质，称为CENP-A，它标记着着丝粒并动员细胞分裂所必需的其他参与者。

“生命复制的一个基本问题是:什么机制允许这种结构(CENP-A标记)在每个细胞周期中精确地恢复自身?”多特蒙德马克斯普朗克分子生理学研究所的Andrea Musacchio教授说。Musacchio和他的团队现在已经能够在分子水平上阐明用CENP-A调节着丝粒补充的确切机制。他们使用了一套生化技术来推断一种叫做polo样激酶1 (PLK1)的蛋白质是如何调节负责CENP-A重新加载的机制的组装的。

一连串的事件

“我们填补了长达10年的知识空白，”Musacchio团队的博士后、该论文的第一作者Duccio Conti说。在健康的DNA复制中，首先，每条新染色体每个着丝粒获得一半的CENP-A蛋白质，在分裂后不久就会得到补充——这一过程在癌细胞中是完全不受调节的。2014年，另一个研究小组发现，虽然一种名为CDK1的酶在细胞周期的大部分时间内阻止了CENP-A的装载，但在细胞周期的特定时间，PLK1酶促进了CENP-A的再填充。然而，PLK1的确切分子作用尚不清楚。 

PLK1参与细胞内的许多过程，因此通常的完全抑制它的方法会破坏它的功能。Conti说:“主要的挑战是仅分离与CENP-A重新加载相关的PLK1的特定功能。”MPI的科学家在早期工作的基础上，在试管中重建了PLK1和整个填充机制，并在蛋白质的特定点引入突变，以确定它们是否以及如何参与这个过程。然后，他们用细胞生物学论文在细胞中证实了他们的发现。 

事实证明，“PLK1与补充装置(一种由四种蛋白质组成的复合物)的一种成分结合，使其中一种蛋白质的臂打开，并让该机器的最后一个元素结合，即伴侣蛋白HJURP，它使CENP-A在细胞质中保持可溶性和稳定性，”Conti说。PLK1通过诱导该机制附近蛋白质的一系列化学变化(磷酸化)和构象变化来启动一系列事件。“这一发现为PLK1及其参与调节新CENP-A蛋白插入着丝粒的新问题铺平了道路。”Conti补充道。