Spd-2/CEP192 蛋白中 SP2D 结构域在中心体组装中的关键作用揭秘

《SCIENCE ADVANCES》：The conserved Spd-2/CEP192 domain adopts a unique protein fold to promote centrosome scaffold assembly

为探究 Spd-2/CEP192 蛋白如何促进 PCM 支架组装，研究发现 SP2D 促进支架组装，相关突变影响该过程。

　　在细胞的微观世界里，中心体扮演着极为重要的角色，它就像是细胞的 “指挥中心”，负责组织和协调细胞内的各项活动。中心体的形成过程十分复杂，当母亲中心粒（centriole）招募周围的中心粒周围物质（pericentriolar material，PCM）时，中心体便开始组装。PCM 中包含数百种蛋白质，这使得中心体能够作为主要的微管（microtubule，MT）组织中心，在众多细胞类型中发挥关键作用。然而，中心体一旦出现功能障碍，就会引发一系列人类疾病和发育障碍，比如男性不育、Mosaic Variegated Aneuploidy（MVA）综合征等。

在中心体组装过程中，Spd-2/CEP192（果蝇 / 人类命名法）蛋白起着至关重要的作用。这种蛋白含有一个特殊的 Spd-2 结构域（SP2D），由两个紧密相邻的 AspM-Spd-2-Hydin（ASH）结构域组成。尽管 ASH 结构域存在于多种与中心体、纤毛、鞭毛和高尔基体相关的蛋白质中，但它们的具体功能却一直是个谜。为了深入了解 Spd-2/CEP192 蛋白在 PCM 支架组装中的作用机制，来自国外的研究人员开展了一系列研究，相关成果发表在《SCIENCE ADVANCES》上。

研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：一是利用晶体学和核磁共振（NMR）光谱技术解析蛋白质结构；二是构建果蝇转基因品系，通过荧光标记观察蛋白行为；三是进行蛋白质突变实验，探究突变对蛋白功能的影响；四是借助 AlphaFold 等预测工具辅助结构分析。

在研究结果方面：

• Spd-2/CEP192 蛋白结构：通过预测和实验手段，发现果蝇 Spd-2 和人类 CEP192 的 N 端部分氨基酸序列呈无序状态，C 端包含不同数量的 ASH 结构域，且 ASH 结构域多为单体，采用免疫球蛋白样折叠。不同物种的 CEP192/Spd-2 中 ASH 结构域数量有所差异，其中果蝇的 ASH1 和 ASH2 结构域、人类的 ASH4 和 ASH5 结构域共同构成最保守的 SP2D 结构域，但这些 ASH 结构域在部分物种中的位置和序列存在差异。
• Dm_{Spd-2 不同区域功能分析}：以果蝇 Spd-2 为模型，构建转基因品系表达不同形式的 GFP 融合蛋白。研究发现，果蝇 Spd-2 的 N 端区域负责将其靶向到中心粒，而 C 端区域则对 PCM 支架组装至关重要，缺少任何一端都无法挽救 Spd-2 突变导致的胚胎早期致死现象。
• SP2D 在 PCM 支架组装中的作用：构建删除不同 ASH 结构域的果蝇转基因品系，结果表明 SP2D 及其组成的 ASH1、ASH2 结构域对 Spd-2 和 PCM 支架组装不可或缺，而 ASH3 结构域则并非必需。在无 Cnn 的情况下，Spd-2 仍能形成依赖 SP2D 的残留 PCM 支架。
• SP2D 结构域的结构特征：解析人类和蜜蜂 SP2D 的晶体结构，发现二者都呈现出独特的 “延伸摇篮” 结构，由两个 ASH 结构域通过保守的相互作用界面连接而成，该结构通过内部的 “桥” 结构和保守的静电相互作用网络维持稳定。虽然人类和蜜蜂的 SP2D 结构高度相似，但内部的分子相互作用存在部分差异。
• SP2D 突变对体内 Spd-2 支架组装的影响：基于 AlphaFold2 预测果蝇 SP2D 结构，对其主要接触界面的氨基酸进行突变。结果显示，突变会影响 Spd-2 支架组装，且与人类疾病相关的 N844S 突变会降低蛋白溶解度，部分破坏蛋白折叠，进而影响其在体内的定位和功能。
• 潜在的 Spd-2 自相互作用界面：发现果蝇 SP2D 在高浓度下有形成二聚体的趋势，经 PLK1 磷酸化后，C 端区域可形成更大的分子质量物种。预测的潜在二聚体相互作用界面突变会干扰 Spd-2 形成高分子质量复合物和体内中心体支架组装，表明该界面可能对 Spd-2 支架组装具有重要意义。

研究结论和讨论部分指出，SP2D 独特的 “延伸摇篮” 结构对 Spd-2/CEP192 的支架功能至关重要。尽管目前还不清楚该结构如何具体促进有丝分裂 PCM 组装，但研究发现 Spd-2 在无 Cnn 的情况下能形成依赖 SP2D 的残留 PCM 支架，且磷酸化的 Spd-2 可能通过自身寡聚化形成高阶组装体来实现这一过程。此外，不同物种中 Spd-2/CEP192 蛋白含有的额外 ASH 结构域功能尚不明确，在果蝇中，ASH3 结构域虽对 Spd-2 功能不是必需的，但会影响其在中心体的分布。同时，研究还发现 SP2D 并非将 Spd-2 靶向中心体所必需，而是在 PCM 支架组装中发挥关键作用，未来需要进一步研究中心粒蛋白 Ana1（人类 CEP295）与 Spd-2 N 端区域的相互作用及其保守性。

总的来说，这项研究深入揭示了 Spd-2/CEP192 蛋白中 SP2D 结构域在中心体组装中的重要作用，为理解中心体相关疾病的发病机制提供了关键线索，也为后续开发相关治疗策略奠定了坚实基础。