CARM1 与 CDK1 的 “神秘互动”：解锁有丝分裂进入的新机制

《Cell Death & Disease》：CARM1 S217 phosphorylation by CDK1 in late G2 phase facilitates mitotic entry

为探究 CARM1 在有丝分裂中的作用，研究人员以其为对象，发现 CDK1 磷酸化 CARM1 S217 促进有丝分裂，拓展了对细胞周期调控的认知。

　　

有丝分裂的神秘 “密码”：CARM1 与 CDK1 的奇妙 “对话”

在细胞的微观世界里，有丝分裂就像一场精心编排的 “舞蹈”，每一个环节都至关重要。细胞周期的精准调控是这场 “舞蹈” 的关键，其中，周期蛋白依赖性激酶 1（CDK1）在 G₂/M 转换阶段扮演着不可或缺的角色。然而，目前已知的 CDK1 底物数量有限，这就像拼图缺了许多关键碎片，让科学家们难以完整地理解有丝分裂的调控机制。

与此同时，共激活因子相关精氨酸甲基转移酶 1（CARM1）作为一种参与多种细胞过程的酶，其在有丝分裂中的作用却迷雾重重。虽然已有研究表明 CARM1 在有丝分裂期间会发生磷酸化，但负责 S²¹⁷磷酸化的激酶以及 S²¹⁷和 S²²⁹磷酸化之间的相互作用尚不明确。为了揭开这些谜团，来自韩国淑明女子大学肌肉生理组研究中心和药学院、韩国科学技术研究院江陵分院天然产物研究所等机构的研究人员展开了深入研究。这项研究成果发表在《Cell Death and Disease》杂志上。

在本次研究中，研究人员运用了多种关键技术方法。细胞实验方面，采用细胞计数和 5 - 乙炔基 - 2′- 脱氧尿苷（EdU）掺入试验来检测细胞生长情况；通过细胞同步化处理和流式细胞术分析细胞周期；利用免疫荧光和活细胞成像观察细胞内蛋白定位和细胞分裂过程；借助免疫印迹和免疫沉淀技术研究蛋白间的相互作用；还进行了体外激酶试验以确定激酶活性。在分子生物学技术上，运用定量实时 PCR 检测 mRNA 表达水平，通过定点突变构建 CARM1 突变体。

研究人员首先发现，抑制 CARM1 能够促进细胞快速生长和有丝分裂进入。在正常小鼠胚胎成纤维细胞（MEFs 和 10T1/2 细胞）中，当 CARM1 被耗尽或抑制时，细胞计数和 EdU 掺入试验结果显示细胞生长迅速。进一步研究发现，在 G₂晚期阻断和释放条件下，CARM1 缺失或抑制的细胞中，有丝分裂 H3S¹⁰磷酸化（p-H3S¹⁰）和 G₂/M 特异性周期蛋白 B1 水平下降更快，细胞周期恢复也更快，且有丝分裂持续时间尤其是进入有丝分裂的时间缩短。这表明 CARM1 的缺失或抑制能够加速 G₂/M 转换，进而促进细胞增殖。

接着，研究人员聚焦于 CARM1 在有丝分裂期间的磷酸化现象。他们发现 CDK1 是负责磷酸化 CARM1 S²¹⁷的激酶。通过构建 CARM1 S²¹⁷或 S²²⁹的突变体，研究人员发现诺考达唑处理不会使 S²¹⁷A 或 S²²⁹A 突变体的 CARM1 发生条带位移。利用特异性抗体和多种细胞同步化处理实验，证明了 CDK1 能直接磷酸化 CARM1 S²¹⁷，且这种磷酸化会促进 CARM1 的细胞质转位，并随后促进 S²²⁹的磷酸化，最终抑制 CARM1 的酶活性。

随后，研究人员探究了 CARM1 的失活与有丝分裂进程的关系。实验表明，CARM1 的失活突变体（S²¹⁷E 和 S²²⁹E）能够使细胞更快地从 RO-3306 诱导的 G₂期阻滞中恢复，而 S²¹⁷A 和 S²²⁹A 突变体则无法做到。在 CARM1 基因敲除（KO）的 MEF 细胞中，失活突变体对细胞增殖没有明显影响。此外，敲低 CDK1 会导致 G₂期阻滞，但在 S²¹⁷E 过表达的细胞中除外。这一系列结果表明，CDK1 通过磷酸化 CARM1 S²¹⁷使其失活，这对于有丝分裂的进程是必要的。

研究人员还发现，CARM1 在细胞核中作为一种支架蛋白，参与了 Cullin-1（CUL-1）介导的 CDK1 降解过程。在 CARM1-KO 的 MEF 细胞中，CDK1 水平显著升高，尤其是在细胞核中。进一步研究表明，CARM1 能够与 CDK1、Skp2 和 CUL-1 形成复合物，敲低 CARM1 会减少 CDK1 的泛素化，而过表达 CARM1 则会增加 CDK1 的泛素化。此外，细胞质富集的 S²¹⁷E 突变体对 CDK1 降解的影响较小，导致 CDK1 水平升高。这说明 CARM1 的缺失或细胞质转位能够通过抑制 CUL-1 介导的 CDK1 降解，促进有丝分裂的进入。

综上所述，本研究揭示了 CARM1 和 CDK1 在有丝分裂期间的相互作用机制。在 G₂晚期，CDK1 磷酸化 CARM1 的 S²¹⁷残基，抑制其酶活性并促进其转位到细胞质。由于 CARM1 在细胞核中作为调节 CDK1 稳定性的适配器，其在 G₂晚期的细胞质转位使得 CDK1 在细胞核中保持更长时间的稳定，从而促进有丝分裂的进入。这项研究不仅拓展了 CARM1 的细胞功能，还为深入理解有丝分裂的调控机制提供了新的视角，有助于进一步探索细胞周期相关疾病的发病机制和潜在治疗靶点。