纺锤体组装检验点在细胞有丝分裂中作用机制的系统研究

Accurate chromosome segregation in mitosis is essential for keeping genetic stability of eukaryotic cells. Any defect in this process results in aneuploidy, a common cause of miscarriage and birth defect as well as a hallmark of cancer (Hanahan and Weinberg, 2011). The conserved mitotic machinery precisely orchestrates chromosome segregation to keep genetic stability of eukaryotic cells. The spindle assembly checkpoint plays a key role in this process by monitoring correct microtubule attachment onto chromosomes. Although much progress has been made in the study of functional mechanism of the spindle assembly checkpoint, many links are still missing to understand its complete picture in regulating genetic stability of cells. .Among the spindle assembly checkpoint kinases, we will focus on Mps1. Mps1 plays a critical role in initiating checkpoint signaling upon incorrect microtubule attachment but it also play additional roles in chromosome alignment or DNA damage repair to keep genetic stability. In our current studies to seek its molecular links in these processes, we have found that H2A.Z, a centromeric histone H2A variant, and oncoprotein MCRS1 that functions in the DNA damage pathway, are its interacting partners. We here propose to study the molecular interaction of Mps1 with H2A.Z and MCRS1 and the genetic instability caused by deregulation of H2A.Z and MCRS1 in many cancers. We will also perform in silico analysis of post-translational modifications of centromeric histones and their correlation with aneuploidy. These studies will shed light on the molecular mechanism that cancer utilizes to survive under aneuploidy and provide therapeutic targets or strategies for cancer treatment.

在真核细胞有丝分裂过程中，染色体分离的准确性对维持遗传稳定性具有重要作用。染色体分离异常会导致细胞出现异倍体，从而引发流产，新生儿先天缺陷和癌症。纺锤体组装检验点对染色体分离调控至关重要，它可以检测微管是否正确地附着到染色体上。目前就纺锤体组装检验点功能机制的研究有很多，但仍存在一些未知环节，以至于人们对细胞遗传稳定性的调节机制达不到完整的认识。. 在纺锤体组装检验点激酶中，我们将聚焦在Mps1。当微管错误地附着在染色体上时，Mps1将启动检验点信号。另外，Mps1在染色体排列和DNA损伤修复中也具有重要作用，从而保证遗传稳定性。为寻求分子之间的联系，我们研究发现，Mps1有两个相互作用的分子，一个是着丝粒组蛋白H2A的突变体H2A.Z，另一个是在DNA损伤通路中的癌蛋白MCRS1。我们在Mps1与H2A.Z和MCRS1分子间相互作用研究中提出假设，H2A.Z和MCRS1的下调会引起细胞遗传的不稳定性。我们还将对着丝粒组蛋白翻译后修饰及其异倍体的相关性进行计算分析。这些研究，通过提供分子机制线索，使细胞在异倍体情况下得以存活，这为治疗癌症提供正确的治疗靶点具有重要意义。

准确的染色体分离对于真核细胞的遗传稳定性至关重要。有丝分裂检查点，也称为主轴装配检查点，是该过程的关键调节机制之一。它监测异常的微管 - 染色体附着并阻止细胞周期进展，以便有时间来修复错误。错误如何激活有丝分裂检查点的信号传输？激酶的磷酸化是该过程的主要机制。微管附着的错误将活性Mps1激酶带到着丝粒以产生细胞周期抑制剂。但Mps1激酶的作用不仅限于纺锤体装配检查点，还通过调节微管动力学扩展到建立适当的染色体排列。在我们的研究中，我们已经确定Mps1的关键下游效应因子之一如下：. 1.Mps1结合HeLa细胞中的MCRS1。. 2.通过质谱分析，我们已经鉴定了MCR1的各种Ser / Thr位点，其中Mps1在体外磷酸化。丝氨酸64和/或丝氨酸65的MCRS1确实在有丝分裂HeLa细胞中被磷酸化。. 3.我们已经建立了表达MCRS1野生型，S65A或S65D的各种HeLa细胞克隆，并且已经鉴定出MCRS1 S65的磷酸化对于准确的染色体分离是重要的。. 4. MCRS1 S65A细胞中染色体分离的缺陷是由Kif2A（kinesin-13的一种）向有丝分裂纺锤体的定位减少引起的。.这些发现对癌症中染色体分离和非整倍性的研究具有重要意义。因为Mps1在有丝分裂检查点和染色体比对中起重要作用， Mps1的失活迅速产生的非整倍性（aneuploidy）会限制细胞增殖如下。. 1. MCRS1的失调增加了多倍体细胞，其在异常细胞分裂后变成非整倍性细胞. 2.通过部分失活Mps1产生的非整倍性通过p53依赖性途径限制细胞增殖。.因此，我们将进一步研究非整倍性如何限制细胞增殖以及癌细胞如何克服这种限制，这可能有助于识别新的癌症化疗靶点。