浙江大學(xué)生命科學(xué)研究院汪方煒實(shí)驗(yàn)室在The EMBO Journal雜志在線發(fā)表了題為“A non-canonical role of the inner kinetochore in regulating sister-chromatid cohesion at centromeres”的研究論文。該研究發(fā)現(xiàn)了染色體內(nèi)層動(dòng)粒（inner kinetochore）通過(guò)直接結(jié)合黏連蛋白復(fù)合體（cohesin）調(diào)控姐妹染色單體黏連（sister-chromatid cohesion）的非經(jīng)典功能，并闡明了其作用機(jī)理。

有絲分裂是真核生物體細(xì)胞分裂的基本形式，也是生長(zhǎng)發(fā)育和組織器官穩(wěn)態(tài)維持的根本基礎(chǔ)。有絲分裂通過(guò)將自我復(fù)制的姐妹染色單體平均分配至兩個(gè)子細(xì)胞中，實(shí)現(xiàn)遺傳物質(zhì)由親代細(xì)胞向子代細(xì)胞的精確傳遞。該過(guò)程中發(fā)生的微小差錯(cuò)都有可能造成子代細(xì)胞染色體數(shù)目和結(jié)構(gòu)異常，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤的發(fā)生與發(fā)展。據(jù)估算，一個(gè)成人體內(nèi)每天約有數(shù)千億個(gè)細(xì)胞在進(jìn)行著有絲分裂，因此細(xì)胞必須擁有一套非常精確的控制系統(tǒng)，才能最大程度地保證在每一次有絲分裂過(guò)程中染色體都能正確分離。這套控制系統(tǒng)在分子水平上的運(yùn)作機(jī)制還很不清楚。

這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，敲低內(nèi)層動(dòng)粒CENP-OPQUR復(fù)合體的CENP-U亞基會(huì)導(dǎo)致姐妹染色單體在著絲粒區(qū)的黏連變?nèi)?。蛋白互作?shí)驗(yàn)和質(zhì)譜分析發(fā)現(xiàn)CENP-U可以結(jié)合黏連蛋白復(fù)合體，而且它們之間的結(jié)合依賴于黏連蛋白復(fù)合體的核心亞基Scc1和SA2，而非SMC1和SMC3。蛋白復(fù)合體的體外重構(gòu)和互作實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步確定，CENP-U的氨基端和羧基端可以分別結(jié)合Scc1-SA2亞復(fù)合物和CENP-OPQR亞復(fù)合物。合作者華中科技大學(xué)賀曉靜教授通過(guò)CENP-U肽段與Scc1-SA2亞復(fù)合物的蛋白共結(jié)晶實(shí)驗(yàn)，解析了CENP-U氨基端的FDF基序結(jié)合Scc1-SA2互作界面的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

功能研究發(fā)現(xiàn)，將CENP-U的FDF基序突變?yōu)锳DA后，不僅破壞了CENP-OPQUR復(fù)合體與黏連蛋白復(fù)合體的結(jié)合，還使得姐妹染色單體黏連變?nèi)?。機(jī)理研究發(fā)現(xiàn)，敲低黏連蛋白的調(diào)節(jié)亞基Wapl使得姐妹染色單體黏連不再依賴于CENP-U，不能結(jié)合CENP-U的Scc1-SA2突變體也部分失去了結(jié)合Wapl的能力，而且CENP-U能競(jìng)爭(zhēng)性地排斥Wapl結(jié)合Scc1-SA2亞復(fù)合物，說(shuō)明CENP-U通過(guò)抑制Wapl的功能促進(jìn)姐妹染色單體黏連。

以上結(jié)果說(shuō)明，內(nèi)層動(dòng)粒CENP-OPQUR復(fù)合體通過(guò)其CENP-U亞基的FDF基序直接結(jié)合黏連蛋白復(fù)合體中Scc1-SA2亞復(fù)合物的互作界面，抑制Wapl通過(guò)結(jié)合Scc1-SA2界面移除著絲粒區(qū)黏連蛋白的活性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)姐妹染色單體黏連的保護(hù)作用。

內(nèi)層動(dòng)粒最廣為人知的功能是連接著絲粒染色質(zhì)和外層動(dòng)粒，紡錘體微管通過(guò)附著于外層動(dòng)粒從而牽引染色體移動(dòng)。這項(xiàng)研究意外地發(fā)現(xiàn)內(nèi)層動(dòng)?？赏ㄟ^(guò)直接結(jié)合黏連蛋白調(diào)控姐妹染色單體黏連，不僅揭示了內(nèi)層動(dòng)粒作為黏連蛋白受體分子的非經(jīng)典功能，還闡明了染色體分離控制系統(tǒng)在調(diào)控著絲粒黏連這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)中的分子機(jī)制。

黏連蛋白環(huán)介導(dǎo)姐妹染色單體黏連的確切機(jī)制目前還很不清楚。英國(guó)牛津大學(xué)生化系的Kim Nasmyth實(shí)驗(yàn)室近期報(bào)道，姐妹染色單體是由單個(gè)黏連蛋白環(huán)介導(dǎo)的（Ochs F et al., Science, 2024, PMID: 38452070）。然而，有絲分裂中期姐妹染色單體內(nèi)層動(dòng)粒的平均間距可達(dá)750納米，約為黏連蛋白環(huán)直徑的15倍，提示結(jié)合于內(nèi)層動(dòng)粒的黏連蛋白可能還會(huì)以多環(huán)串聯(lián)的方式介導(dǎo)姐妹染色單體黏連。此外，黏連蛋白還在介導(dǎo)染色質(zhì)環(huán)形成中發(fā)揮重要作用，內(nèi)層動(dòng)粒區(qū)的黏連蛋白是否調(diào)控著絲粒區(qū)染色質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)，還有待探究。

汪方煒教授、顏海燕副教授和賀曉靜教授為論文共同通訊作者，浙江大學(xué)生命科學(xué)研究院顏璐（2020級(jí)直博生）、袁雪穎（2021級(jí)博士生）以及華中科技大學(xué)劉明潔博士為共同第一作者，浙江大學(xué)附屬婦產(chǎn)科醫(yī)院呂衛(wèi)國(guó)教授和陳親富研究員等也有重要貢獻(xiàn)。該研究受國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、浙江省自然科學(xué)基金、浙江大學(xué)生命科學(xué)研究院創(chuàng)新項(xiàng)目等資助。