TIP60调控有丝分裂染色体运动的分子机制研究

Accurate segregation of chromosomes in mammalian cells requires bi-orientation of sister chromatids, which relies on the sensing of correct attachments between spindle microtubules and kinetochores. Kinetochore is a super-macromolecular structure located to centromeres of the chromosome. The essential function of kinetochore is to orchestrate accurate interactions between chromosomes and spindle microtubules and serve as a quality control device to determine the time for sister chromatid separation. As an important acetyltransferase in maintenance of chromosome stability, how TIP60 functions at the centromere was regulated and whether it also guides chromosome dynamics and stability during mitosis have been outstanding questions. Recently, we have identified a signaling axis in which Aurora B activity is modulated by CDK1–cyclin B via the acetyltransferase TIP60 in human cell division (Nat. Chem. Biol.). However, the detailed signaling pathway of TIP60 involved in the control of centromere plasticity still remains elusive. Therefore, further elaboration of coordination between TIP60 and Aurora B in proper chromosome attachment, identification of effectors involved in the control of centromere plasticity and delineation of molecular dynamics by TIP60-mediated acetylation in centromere plasticity will provide new insight into the relationship between cell cycle progression with genomic stability.

包含在染色体中的父代遗传信息通过纺锤体丝与染色体着丝粒的协同作用来完成有丝分裂。着丝粒是调控真核细胞有丝分裂染色体稳定性与细胞质量控制的重要蛋白质机器，其动态组装与可塑性调控异常促进肿瘤的发生与发展。TIP60是一个调控真核细胞基因组稳定性的重要乙酰转移酶，但其如何维系真核细胞有丝分裂染色体稳定性尚不清楚。我们最新研究鉴定了调控真核细胞染色体稳定性的CDK1-TIP60-Aurora B信号轴(Nat. Chem. Biol.), 但是我们仍不清楚TIP60的详尽信号转导通路以及TIP60如何调控着丝粒功能可塑性。为此，我们拟解析TIP60如何与Aurora B协同调节染色体的正确连接、鉴定TIP60信号通路调节着丝粒功能可塑性所涉及的重要效应分子、描绘TIP60介导乙酰化调控着丝粒功能可塑性的分子动力学特征。本项目的实施将阐明TIP60乙酰转移酶调控着丝粒功能可塑性的动态分子机制。

包含在染色体中的父代遗传信息通过纺锤体丝与染色体着丝粒的协同作用来完成有丝分裂。有丝分裂调控异常促进肿瘤的发生与发展。TIP60是一个调控真核细胞基因组稳定性的重要乙酰转移酶，但其如何维系真核细胞有丝分裂染色体稳定性尚不清楚。我们先前的研究揭示了细胞有丝分裂主控激酶CDK1通过磷酸化TIP60，提高其在有丝分裂前中期的乙酰转移酶活性，协同Aurora B激酶对动点-微管连接质量的监控与纠正，从而保证了姐妹染色单体的正确分离与染色体稳定性（Mo et al., 2016. Nat Chem Biol）。但是，我们仍不清楚TIP60的下游信号转导通路及其如何调控有丝分裂染色体运动。为了系统解析细胞生长调控重要乙酰转移酶 TIP60 的功能机制，我们通过质谱学及生物信息学分析，发现了TIP60在有丝分裂期的新底物——小GTP酶Ran。TIP60对Ran第134位赖氨酸的乙酰化修饰有效地调控了Ran的GTP酶活性，从而进一步调控了染色体上着丝粒-微管连接及染色体分离（Bao et al., 2018. J Mol Cell Biol）。在系统研究TIP60调控有丝分裂染色体运动的分子机制的过程中，我们发现TIP60具有巴豆酰转移酶的功能，并利用质谱分析的方法鉴定出微管正端跟踪蛋白EB1第66位赖氨酸是其潜在底物，细胞动力学表型分析提示EB1第66位赖氨酸巴豆酰化调控了有丝分裂纺锤体可塑性与染色体稳定性。为了阐明TIP60介导动态巴豆酰化的生理学功能，我们制备了TIP60激活型转基因敲入小鼠并获得3D胃类器官，利用片层光显微成像，我们系统解析了EB1第66位赖氨酸巴豆酰化修饰动态性的生理学功能（Song et al., Nat Chem Biol, revised）。为此，本项目的实施建立了新的模式研究体系、TIP60催化巴豆酰化的新功能及有丝分裂精准调控的新机制，为系统阐明TIP60在有丝分裂调控中的催化功能提供有效工具与技术平台，我们将完成其他TIP60巴豆酰化底物的功能解析工作。