综述：重新审视“着丝粒何时不是动粒？”

《Chromosome Research》：Revisiting the question: When is a centromere not a kinetochore?

这篇综述深入探讨了着丝粒染色质的复杂结构，挑战了传统上以CENP-A为核心的简化模型。作者通过回顾早期抗体定位研究（如CENP-B、INCENP的非重叠分布）和最新超分辨率显微技术，提出多层染色质组织模型（内层动粒、地幔域、外核域、内核域），强调着丝粒功能远超动粒组装，需整合姐妹染色单体 cohesion 和染色质结构调控。该模型为理解单着丝粒、全着丝粒及无CENP-A着丝粒的进化多样性提供了新框架。

　　

引言：着丝粒定义的演变

着丝粒研究近一个世纪以来，其定义始终存在争议。1936年Darlington首次提出着丝粒是染色质的致密区域，具有单一动粒结构。早期基于形态学的研究认为着丝粒包含整个初级缢痕，负责动粒结合和姐妹染色单体 cohesion。然而，20世纪80年代抗体探针揭示着丝粒内存在非重叠的蛋白分布（如CENP-A、CENP-B和INCENP），暗示其复杂结构。尽管1991年Earnshaw在《When is a centromere not a kinetochore?》中呼吁关注这种多样性，但随后的研究仍简化地将CENP-A染色质区域定义为“着丝粒”，其余部分归为“旁着丝粒”。近年来，长读长测序和超分辨率显微技术为重新定义着丝粒染色质提供了新机遇。

着丝粒染色质复杂性的发现

自身免疫病患者血清中的抗着丝粒抗体（ACA）最早揭示了着丝粒蛋白的多样性。免疫电镜显示CENP-A和CENP-C定位于动粒，而CENP-B分布于初级缢痕的“中央域”。

此外，印度麂鹿染色体的“染色单体连接蛋白”（CLiPs）和INCENP（内着丝粒蛋白）的发现，进一步证实了姐妹染色单体连接区域的独特染色质状态。这些早期研究已提示着丝粒包含多个功能域，但后续研究多集中于CENP-A，导致其他区域的特征停滞不前。

从技术局限到技术机遇

传统免疫电镜技术难度高，而免疫荧光和活细胞成像的分辨率有限，使得蛋白共定位的判定模糊。ChIP-seq等技术在独特序列DNA中应用成功，但着丝粒高度重复序列的定位仍困难。近年来，超分辨率显微术（SRM）、扩张显微术（ExM）和关联光镜电镜（CLEM）揭示了着丝粒的新结构层次，如CENP-A染色质下方的SMC蛋白富集区。长读长测序技术（如DiMeLo-seq）实现了CENP-A和H3K9me³在重复DNA中的精确映射，而端粒到端粒基因组组装（如人类、拟南芥）为着丝粒DNA图谱提供了基础。这些技术将推动着丝粒染色质的高分辨率研究。

单着丝粒组织模型提案

借鉴地球分层结构，本文提出四层模型（图3）：

1. 1.
   外层动粒（大气层）：微管结合部位，非染色质成分。
2. 2.
   内层动粒（地壳）：CENP-A染色质及CCAN复合体（如CENP-C），仅占初级缢痕的6-8%。
3. 3.
   地幔域：内层动粒下方，富集 cohesin、condensin、H2A T120^ph和Sgo1，可能与着丝粒稳定性相关。
4. 4.
   外核域：CENP-B富集区，占初级缢痕大部分，功能未知，可能通过染色质环化支撑结构。
5. 5.
   内核域：姐妹染色单体连接区，包含INCENP和染色体乘客复合体（CPC），调控 cohesion 解析。
   

真核生物着丝粒多样性的统一视角

着丝粒形式多样，如单着丝粒、全着丝粒和缺失CENP-A的着丝粒（如鳞翅目昆虫）。尽管CENP-A在多数物种中保守，但其缺失物种（如锥虫）通过CENP-T等蛋白维持动粒功能。全着丝粒物种（如植物Rhynchospora）的着丝粒单元在 metaphase 聚类，依赖SMC蛋白和H2A T120^ph标记。CENP-B同源物在多种真核生物中出现，提示外核域可能普遍存在。内核域成分（如CPC）在植物和锥虫中保守，表明姐妹染色单体连接机制的演化稳定性。

结论与未来方向

着丝粒是包含多个功能域的复杂染色质结构，而非简单的“着丝粒-旁着丝粒”二分模型。未来需结合线性染色质映射和3D结构分析，明确各域的边界蛋白（如cohesin在 mantle 与 inner-core 的分布），并区分功能性着丝粒与相邻卫星DNA（如HSATII）。外核域（CENP-B）的成分和功能、内核域的亚结构及其在有丝分裂中的动态变化，以及不同着丝粒形式的染色质架构比较，将是关键研究方向。统一模型将深化对染色体分离机制的理解。