CDK1调控有丝分裂染色体稳定性的分子机制研究

During mitosis, through equal chromosome segregation, mother cell faithfully transmits the genetic information into two daughter cells. The failure of faithful chromosome segregation during mitosis will generate aneuploidy daughter cells and chromosomal instability (CIN). CIN will drive aggressive tumorigenesis by allowing tumor to evolve rapidly and acquire malignant transformation ability. Therefore, elaborating the faithful mitotic progression is of great value to promote the health of human being. CDK1 kinase is well-known as the engine of mitotic entry. However, the detailed function of CDK1-Cyclin B1 in maintaining chromosomal stability and and its mechanism were poorly understood so far. In this proposal, using hTERT-RPE1 cell as a model, we aim to uncover the molecular basis of kinetochore targeting of Cyclin B1 and explore the function of CDK1-Cyclin B1 in the maintenance of chromosomal stability. We also want to address how the CDK1 phosphorylation on Mps1 release its intro-molecualr interaction and the spindle checkpoint signaling. Last, we aim to elaborate the physiological significance of the concerted phosphorylation of CDK1 and Plk1 toward Mis12 complex. Overall, we aim to discover the molecular mechanism that how CDK1 ensure the chromosomal stability during mitosis. We hope our research will provide novel knowledge for the elucidation of chromosomal instability and tumorgenesis.

在有丝分裂过程中，通过均等的染色体分离，母代遗传信息精确地传递给子代细胞。染色体分离的失调会导致非整倍体和染色体不稳定性，促进癌症发生。因此，阐明有丝分裂过程中维持染色体稳定性的调控机制对于促进人类健康具有重要意义。CDK1激酶是促进有丝分裂进入的分子引擎，但是CDK1-Cyclin B1如何维系染色体在有丝分裂过程中的动态性和稳定性仍有待深入研究。我们拟结合我们的工作基础和预实验进展，揭示Cyclin B1动粒定位的分子基础，探究CDK1-Cyclin B1促进染色体排列的功能。我们也将解析CDK1如何调控Mps1的结构与功能来揭示纺锤体检验点的信息流。最后，我们拟阐明CDK1和PLK1协同磷酸化对Mis12复合物的生理功能的调控。我们希望通过本项目的实施，揭示CDK1调控有丝分裂染色体稳定性的分子机制,为阐明染色体不稳定性与肿瘤的发生发展提供理论基础。

在有丝分裂过程中，通过均等的染色体分离，母代遗传信息精确地传递给子代细胞。染色体分离的失调会导致非整倍体和染色体不稳定性，促进癌症发生。因此，阐明有丝分裂过程中维持染色体稳定性的调控机制对于促进人类健康具有重要意义。Cdk1激酶是促进有丝分裂进入的分子引擎，但是Cdk1-Cyclin B1如何维系染色体在有丝分裂过程中的动态性和稳定性仍有待深入研究。通过本项目的实施，我们揭示了Cyclin B1与Cyclin B2均定位于有丝分裂前中期未建立正确连接的染色体动粒上。进一步，我们阐明了Cyclin B1/B2的动粒定位受到Aurora B和MPS1激酶活性的调控。利用动粒定位缺陷的Cyclin B1突变体，我们阐明了Cyclin B1正确的动粒定位对于保证正确的动粒-微管连接的建立发挥关键功能。CENP-A在着丝粒的定位是着丝粒表观遗传的分子基础。HJURP是CENP-A的分子伴侣，它协助了新的CENP-A分子在G1期在着丝粒的定位。我们发现Cdk1激酶通过磷酸化HJURP，抑制了HJURP与Mis18C复合物的Mis18β亚基之间的相互作用，揭示了CENP-A分子在有丝分裂退出后（Cdk1活性低）定位上着丝粒的分子机制。我们的另一项成果揭示了Cdk1激酶通过磷酸化从而激活乙酰转移酶Tip60，Tip60进一步乙酰化Aurora B激酶的第215位赖氨酸残基。K215位的乙酰化拮抗了PP2A磷酸酶对Aurora B激酶激活环的去磷酸化，维持Aurora B激酶的高活性，保证了有丝分裂过程中染色体分离的精准性。我们还揭示了Cdk1通过磷酸化Mps1的S281位，促进Mps1激活活性，维系检验点信号通路的强度。我们精细分析了Mps1激酶的功能，阐明了Mps1对于正常的有丝分裂染色体排列并不发挥关键的功能。但是当应用小分子抑制剂抑制Mps1活性后，由于失活型Mps1分子在动粒的强烈定位，干扰了动粒微管连接的建立，导致严重的染色体排列错误。最后，我们揭示了Mps1在动粒动态定位对于精准的有丝分裂至关重要。总体上，我们的项目阐明Cdk1调控有丝分裂精准完成的多个下游事件的分子机制，提升了我们对Cdk1-Cyclin B1/B2功能的认识。