驱动蛋白调控有丝分裂期纺锤体动力学的机制研究

The faithful segregation of sister chromatids into two new daughter cells during mitosis ensures genomic stability, and this process depends on the spindle. Malfunctions of the spindle can cause chromosome missegregation, leading to cell division failure. Many types of proteins are involved in spindle assembly and dynamics. Among these proteins, kinesins are emerging as key players in organizing spindle microtubules and regulating dynamics of these spindle microtubules. Although kinesins have been the focus of intense study, how multiple mitotic kinesins synergize to regulate spindle dynamics in different stages of mitosis remains elusive. In this proposal, we aim to combine biochemistry, yeast genetics and live-cell microscopy techniques to dissect the roles of kinesins in regulating spindle dynamics in metaphase and anaphase, and to reveal the mechanisms underlying spindle stability in metaphase and spindle elongation in anaphase. As chromosome missegregation can cause aneuploidy, a hallmark of cancer, our proposed study will not only reveal the molecular basis of mitotic spindle dynamics but also provide insights into developing new strategies for cancer prevention and intervention.

姐妹染色单体向子代细胞的高保真性分配是基因组遗传稳定的关键因素。染色体在有丝分裂过程中依赖于纺锤体均等地分配到两个子代细胞。任何微小的纺锤体组装和动力学问题均将导致染色体向子代细胞的不均匀分配和细胞分裂的失败。驱动蛋白不仅通过结合纺锤体内的微管来参与纺锤体的组装以及维护纺锤体形态的时空特异性，而且通过与染色体上的大蛋白质复合体-动点的相互作用来参与染色体的捕获以及分配。虽然驱动蛋白的有丝分裂期功能已经获得的一定程度的了解，但是它们调控纺锤体动力学过程的详尽分子机理仍然有待于进一步的研究，特别是不同类型的驱动蛋白如何协同地调控纺锤体的动力学过程仍然未知。因此，我们拟充分利用多种生物学技术手段如:生物化学、荧光标记活细胞显微观察、酵母遗传学，以裂殖酵母为模式体系来详尽剖析驱动蛋白调控纺锤体的动力学机理。该研究为加深对基因组遗传稳定性异常相关疾病，特别是肿瘤的发生和发展的认识提供坚实的理论基础。

有丝分裂精确调控染色体向子代细胞的均等分配和分离，决定细胞命运。因此，研究有丝分裂过程中介导染色体分配和分离的关键细胞器纺锤体的动力学是细胞生物学领域的核心课题。本项目通过综合应用分子生物学、酵母遗传学、高分辨率荧光活细胞显微镜观察分析等技术，着重研究进化上保守的驱动蛋白调控有丝分裂纺锤体后期延伸、中期长度的维持，及前期形成的分子机制。研究结果揭示由中心体蛋白和微管结合蛋白协同驱动蛋白调控的双极纺锤体形成新机制，为深入理解有丝分裂纺锤体的形成提供新的观点；揭示由驱动蛋白klp5/6p参与的微管去解聚的新调控机制，为深入研究微管、纺锤体动力学提供了新的方向；阐明了由驱动蛋白klp5p、klp6p、klp9p参与的有丝分裂后期纺锤体延伸的多重调控机理，为系统理解后期纺锤体延伸提供了新的思考角度；阐明了由驱动蛋白klp5p、klp6p、cut7p分别介导的拮抗力维系有丝分裂中期纺锤体长度稳定的分子机制，为进一步解析染色体稳定性提供理论基础；解析了有丝分裂关键激酶cdc2p通过磷酸化klp5p、klp6p来调控有丝分裂纺锤体动态变化及有丝分裂进程的机理，为深入探讨有丝分裂纺锤体动态变化的精确时空调控机制奠定基础。项目开展期间，共发表6篇研究论文，5篇为通讯作者文章。后续的研究成果正在被整理成文，等待投稿。本项目的研究成果使人们清晰地认识到有丝分裂过程纺锤体的动态变化是一个受到多分子在时空维度上精确调控的过程，并为系统理解与纺锤体紧密相关的染色体分配和分离奠定基础。