深圳子科生物報道:2018年2月28日，浙江大學(xué)生命科學(xué)研究院汪方煒實驗室在EMBO Reports在線發(fā)表題為“HP1 links centromeric heterochromatin to centromere cohesion in mammals”的研究論文，闡述了異染色質(zhì)蛋白HP1參與保護(hù)姐妹染色體粘連和染色體穩(wěn)定性的分子機(jī)制。博士生易琦和陳親富為該文的第一作者，汪方煒教授是通訊作者。

染色體不穩(wěn)定性是癌細(xì)胞的重要特征，并與腫瘤的發(fā)生和轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。有絲分裂期染色體異常分離既是染色體不穩(wěn)定性的表現(xiàn)形式，也是導(dǎo)致染色體不穩(wěn)定性的重要原因。染色體的精確分離依賴于其動粒（kinetochore）與紡錘體微管的正確連接，并在紡錘絲的牽引下完成姐妹染色體的分離并向細(xì)胞兩極移動，從而實現(xiàn)遺傳物質(zhì)從親代到子代細(xì)胞的穩(wěn)定傳遞。動粒與微管正確連接的前提則是黏連蛋白復(fù)合體cohesin維系著絲粒（centromere）區(qū)姐妹染色體的正常粘連。著絲粒區(qū)染色體粘連的缺陷是癌細(xì)胞中染色體不穩(wěn)定性的常見原因之一。

絕大多數(shù)真核生物的著絲粒由高度重復(fù)的DNA序列組成，并與數(shù)十種蛋白質(zhì)相結(jié)合形成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。著絲粒區(qū)染色體呈高度凝縮的異染色質(zhì)化，并表現(xiàn)為組蛋白H3第9位賴氨酸（H3K9）甲基化和異染色質(zhì)蛋白HP1的富集。與cohesin在染色體上的定位類似，動物細(xì)胞在進(jìn)入有絲分裂時，大部分HP1從染色體臂上脫離，而著絲粒區(qū)的HP1得以保留。著絲粒區(qū)HP1對于姐妹染色體粘連的重要性及作用機(jī)制是亟需解決的重要問題。

哺乳動物的HP1包含HP1-alpha、HP1-beta和HP1-gamma三種亞型。利用CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)，汪方煒實驗室在體外培養(yǎng)的人體細(xì)胞中實現(xiàn)了對HP1三種亞型的單獨(dú)或兩兩組合敲除，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)HP1-alpha和HP1-gamma對于著絲粒區(qū)染色體的粘連發(fā)揮著相互冗余的保護(hù)作用。通過在HP1-alpha和HP1-gamma雙敲除細(xì)胞中回補(bǔ)野生型或突變體HP1-alpha，易琦和陳親富等證實HP1羧基端的結(jié)構(gòu)域Chromoshadow domain（CSD），而不是氨基端結(jié)構(gòu)域Chromodomain與甲基化H3K9的結(jié)合，對于HP1保護(hù)染色體粘連是重要的。進(jìn)一步的機(jī)理研究發(fā)現(xiàn)，HP1的CSD與蛋白激酶Haspin（汪方煒實驗室的前期研究已鑒定該蛋白為cohesin的保護(hù)因子）氨基端的PxVxL motif相結(jié)合，促進(jìn)Haspin在著絲粒區(qū)的定位，從而抑制cohesin負(fù)調(diào)節(jié)蛋白Wapl介導(dǎo)的粘連去除。這些實驗結(jié)果揭示了著絲粒區(qū)異染色質(zhì)對于姐妹染色體粘連的重要性，并闡明了異染色質(zhì)蛋白HP1通過Haspin保護(hù)cohesin的分子機(jī)制。

據(jù)悉，這是汪方煒實驗室2017-2018年度在國際著名學(xué)術(shù)雜志上發(fā)表的第三篇關(guān)于姐妹染色體粘連調(diào)控和染色體穩(wěn)定性保護(hù)的研究論文（如下圖所示）。



圖例注釋：HP1通過其CSD結(jié)構(gòu)域與Haspin氨基端的PxVxL基序結(jié)合，促使Haspin定位于染色體的著絲粒區(qū)；Haspin通過其氨基端的PIM基序與Pds5B結(jié)合，并利用其激酶域結(jié)合并磷酸化修飾Wapl的PIM基序，阻止Wapl與Pds5B的結(jié)合，進(jìn)而抑制Wapl對cohesin的去除作用，確保姐妹染色體的正常粘連和分離。

在前期的研究中，汪方煒實驗室的博士生周琳莉和梁材等鑒定了Haspin為黏連蛋白復(fù)合體的調(diào)節(jié)亞基，展示了Haspin通過PIM（Pds5-interacting motif）與cohesin的另一調(diào)節(jié)亞基Pds5B的結(jié)合對于拮抗Wapl（cohesin的負(fù)調(diào)節(jié)蛋白）、維持cohesin環(huán)狀結(jié)構(gòu)完整性和姐妹染色體粘連的重要性（Zhou L and Liang C et al., Current Biology, 2017）。在隨后的研究中，梁材和陳親富等進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，Haspin激酶域結(jié)合Wapl并磷酸化修飾其PIM，導(dǎo)致Wapl喪失與Pds5B結(jié)合的能力，進(jìn)而抑制Wapl對著絲粒區(qū)cohesin的去除作用，確保了姐妹染色體的正常粘連和分離（Liang C and Chen Q et al., EMBO Reports, 2018）。

此前，汪方煒實驗室的周琳莉和田小影等同學(xué)還揭示了蛋白激酶Cdk1和Plk1協(xié)同作用通過對Haspin氨基端的磷酸化修飾激發(fā)Haspin活性的功能及機(jī)制（Zhou L and Tian X et al., EMBO Reports, 2014）。以汪方煒教授為通訊作者發(fā)表的這一系列前后承接的研究論文完整地揭示了一條調(diào)控姐妹染色體粘連的新通路，系統(tǒng)地闡明了該通路中多個關(guān)鍵環(huán)節(jié)的分子機(jī)制，有助于深入理解癌細(xì)胞染色體不穩(wěn)定性的發(fā)生原因，并推動基于腫瘤細(xì)胞姐妹染色體粘連缺陷的抗癌研究。

汪方煒實驗室的研究課題由國家重點研發(fā)計劃、國家優(yōu)秀青年科學(xué)基金及基金委面上項目、國家青年千人計劃、英國皇家學(xué)會牛頓高級學(xué)者基金、浙江省杰出青年基金、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項資金及浙江大學(xué)自主科研計劃校長專項資助。

原文標(biāo)題：

HP1 links centromeric heterochromatin to centromere cohesion in mammals