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张力传感器如何在对齐的染色体分区中发挥不可或缺的作用
来源:赛斯维传感器网 发表于 2020/10/26

复制的染色体由称为粘着蛋白(绿色)的环状蛋白质配对在一起,并成为姐妹染色单体。在姐妹染色单体中有两个动植物(粉红色:姐妹动植物),当从相反的纺锤极延伸的绳状微管捕获每个动粒时,产生张力,并且染色体在中期板上对齐。来源:早稻田大学寺田实验室

早稻田大学(Waseda University)领导的一项研究揭示了特定致癌基因如何引发急性髓细胞白血病(AML)发作的分子机制。


AML以疲劳,呼吸急促和牙龈出血等症状为特征,是一种始于骨髓并由于白血病细胞快速生长而迅速影响血液的癌症。这种异常是由染色体中的突变基因引起的,从而开启了癌基因,同时又关闭了肿瘤抑制基因。当染色体在细胞分裂过程中不能正确复制时,就会发生突变,并且细胞中46条染色体中甚至没有一条染色体的错位也会导致错聚。


为防止此类染色体异常,细胞利用其张力传感器精确控制染色体向新生细胞的分布,该传感器定位复制的染色体的中心区域,称为着丝粒,并检测所附着的微管是否正在正确施加力。线粒体,着丝粒处的蛋白质复合物。


“自从1996年发现Aurora B激酶(Aurora B)以来,我们已经发现Aurora B通过调节微管与动粒体的附着来调节染色体,从而作为张力传感器发挥了不可或缺的作用,并且蛋白磷酸酶2(PP2A)也起作用通过控制与Aurora B相关的染色体排列来作为张力传感器。”东京早稻田大学的Yasuhiko Terada教授说。“但是,该系统极其复杂,其分子机理还没有被很好地理解。”

在前期,姐妹染色单体在中期板上未对齐,因为施加到姐妹动植物的张力不均匀。但是,当对同等的动子体施加等量的张力时,同等的染色单体开始在中间对齐,并且细胞进入中期,此时同等的动子体之间的距离从0.4um增加到1.6um。当所有46个姊妹动植物之间都产生高压时,称为SAC的检查点机制被释放,黏附素被裂解,从而使染色体均匀分布到子代细胞。张力传感器位于46个姊妹染色单体的每个着丝点处,并且如果一个染色体由于低张力而未对齐,SAC会阻止黏着素的裂解,从而使细胞停滞在中期。来源:在发表于《细胞生物学杂志》上的最新研究中,Terada的研究小组发现AML的原癌基因SET / TAF1也可以通过微调Aurora B和PP2A的酶活性来充当张力传感器。当三个张力传感器相互交互时,复制的染色体均匀地分布到新生细胞中,并防止染色体异常。


“ SET致癌基因(SET)编码的蛋白通过抑制着丝粒处的PP2A活性来维持Aurora B的活性。此外,令人感兴趣的是,尽管SET抑制PP2A的活性以允许较高的Aurora B活性并在微管附着时调节微管附着染色体未对齐,它与动粒分离,并降低了Aurora B的稳定性,当染色体对齐时,Aurora B稳定了微管与动粒的附着。”

30到40个微管可以与人的动核结合,但并非所有从相对的纺锤体极延伸的微管在开始时都正确连接。当将微管连接到错误的动粒上时,张力低,染色体不对齐。作为称为CPC的复合体的一部分,Aurora B通过磷酸化动粒蛋白来纠正错误连接的微管。在前期,Aurora B和PP2A与Sgo2蛋白作为支架共同定位在着丝粒处。极光B通过自身磷酸化被激活,并被PP2A介导的去磷酸化抑制。由于SET与PP2A直接相互作用并抑制其活性,因此SET具有维持Aurora B活性的功能。纠正所有微管附着后,并且姐妹动植物之间的距离增加,极光B保持在着丝粒,而PP2A和SET从极光B移向动粒体,SET随后从动粒体扩散到细胞质。Aurora B不能再磷酸化动粒蛋白,并且由于SET不能抑制PP2A的活性,PP2A使磷酸化的动粒蛋白去磷酸化并稳定了正确的微管附着。由于张力传感器,Aurora B,PP2A和SET可以准确运行,因此可以保持动粒体内的磷酸化平衡,从而实现精确的染色体对齐和分离。但是,异常的张力传感器会导致染色体错位,从而导致非整倍性,从而导致癌症和遗传疾病,例如唐氏综合症。信用:早稻田大学 极光B保留在着丝粒上,而PP2A和SET从极光B移向线粒体,SET随后从线粒体扩散到细胞质。Aurora B不能再磷酸化动粒蛋白,并且由于SET不能抑制PP2A的活性,PP2A使磷酸化的动粒蛋白脱磷酸并稳定正确的微管附着。由于张力传感器,Aurora B,PP2A和SET可以准确运行,因此可以保持动粒体内的磷酸化平衡,从而实现精确的染色体对齐和分离。但是,异常的张力传感器会导致染色体错位,从而导致非整倍性,从而导致癌症和遗传疾病,例如唐氏综合症。信用:早稻田大学 极光B保留在着丝粒上,而PP2A和SET从极光B移向线粒体,SET随后从线粒体扩散到细胞质。Aurora B不能再磷酸化动粒蛋白,并且由于SET不能抑制PP2A的活性,PP2A使磷酸化的动粒蛋白脱磷酸并稳定正确的微管附着。由于张力传感器,Aurora B,PP2A和SET可以准确运行,因此可以保持动粒体内的磷酸化平衡,从而实现精确的染色体对齐和分离。但是,异常的张力传感器会导致染色体错集,从而导致非整倍性,从而导致癌症和遗传疾病,例如唐氏综合症。信用:早稻田大学 PP2A和SET从Aurora B移向动粒体,SET随后从动粒体扩散到细胞质。Aurora B不能再磷酸化动粒蛋白,并且由于SET不能抑制PP2A的活性,PP2A使磷酸化的动粒蛋白脱磷酸并稳定正确的微管附着。由于张力传感器,Aurora B,PP2A和SET可以准确运行,因此可以保持动粒体内的磷酸化平衡,从而实现精确的染色体对齐和分离。但是,异常的张力传感器会导致染色体错集,从而导致非整倍性,从而导致癌症和遗传疾病,例如唐氏综合症。信用:早稻田大学 PP2A和SET从Aurora B移向动粒体,SET随后从动粒体扩散到细胞质。Aurora B不能再磷酸化动粒蛋白,并且由于SET不能抑制PP2A的活性,PP2A使磷酸化的动粒蛋白去磷酸化并稳定了正确的微管附着。由于张力传感器,Aurora B,PP2A和SET可以准确运行,因此可以保持动粒体内的磷酸化平衡,从而实现精确的染色体对齐和分离。但是,异常的张力传感器会导致染色体错位,从而导致非整倍性,从而导致癌症和遗传疾病,例如唐氏综合症。信用:早稻田大学 Aurora B不能再磷酸化动粒蛋白,并且由于SET不能抑制PP2A的活性,PP2A使磷酸化的动粒蛋白脱磷酸并稳定正确的微管附着。由于张力传感器,Aurora B,PP2A和SET可以准确运行,因此可以保持动粒体内的磷酸化平衡,从而实现精确的染色体对齐和分离。但是,异常的张力传感器会导致染色体错位,从而导致非整倍性,从而导致癌症和遗传疾病,例如唐氏综合症。信用:早稻田大学 Aurora B不能再磷酸化动粒蛋白,并且由于SET不能抑制PP2A的活性,PP2A使磷酸化的动粒蛋白去磷酸化并稳定了正确的微管附着。由于张力传感器,Aurora B,PP2A和SET可以准确运行,因此可以保持动粒体内的磷酸化平衡,从而实现精确的染色体对齐和分离。但是,异常的张力传感器会导致染色体错集,从而导致非整倍性,从而导致癌症和遗传疾病,例如唐氏综合症。信用:早稻田大学 由于张力传感器,Aurora B,PP2A和SET可以准确运行,因此可以保持动粒体内的磷酸化平衡,从而实现精确的染色体对齐和分离。但是,异常的张力传感器会导致染色体错集,从而导致非整倍性,从而导致癌症和遗传疾病,例如唐氏综合症。信用:早稻田大学 由于张力传感器,Aurora B,PP2A和SET可以准确运行,因此可以保持动粒体内的磷酸化平衡,从而实现精确的染色体对齐和分离。但是,异常的张力传感器会导致染色体错集,从而导致非整倍性,从而导致癌症和遗传疾病,例如唐氏综合症。来源:早稻田大学此外,使用分子生物学技术进行的实验研究了SET的致癌功能,以研究SET的着丝粒定位对于染色体异常是否必不可少。结果表明,SET破坏了着丝粒的张力传感器机制,支持了以前的研究,该研究报道了如何在许多癌细胞中观察到Aurora B的异常活性,以及正常细胞中Aurora B的过表达如何导致染色体错位。


尽管要完全了解张力传感器的分子机制仍未解决许多问题,但Terada相信,这一发现可以作为进一步研究的基础,以阐明通过染色体错位和白血病的发展以及创建针对SET和Aurora B的抗癌药物。


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