染色体错误分离:成因与后果
AURKB介导的后期错误纠正机制
AURKB在有丝分裂过程中扮演着至关重要的角色,特别是在纠正纺锤体微管与着丝粒之间的异常附着方面,这些异常包括姐妹着丝粒的错误附着和综合附着。传统上认为,AURKB的这种错误纠正活性主要局限于前中期。然而,后期滞后染色体的相对高发生率(约5%)与非转化人细胞中染色体分离错误的较低发生率(约1%)之间的显著差异,提示可能存在一种后期特异性的机制来限制染色体分离错误。
在中期至后期的转换过程中,包含AURKB的染色体乘客复合体(CPC)依赖于驱动蛋白样蛋白2(MKLP2)重新定位至纺锤体的中区,并在此区域形成一个磷酸化梯度,该梯度从中区向两极逐渐减弱,为后期及细胞质分裂中的关键事件提供了精确的空间信息。近期研究初步揭示,这一磷酸化梯度能够延迟对后期不完全染色体分离的染色体解凝集及核膜重新形成(NER)的响应。更为引人注目的是,三个独立的研究团队共同证实了该梯度在维持后期着丝粒结构的动态变化以及纠正姐妹着丝粒错误附着中的关键作用。
在探究后期着丝粒稳定性的调控机制时,Papini及其团队发现,MIS12着丝粒复合物中的DSN1组分,其磷酸化状态对于与中区AURKB的距离极为敏感。具体而言,中区AURKB介导的DSN1 S100/S109位点的磷酸化能够显著降低随着后期进程DSN1从着丝粒上脱落的速率,这表明AURKB梯度可能有助于延长着丝粒结构的稳定性和微管附着的持久性,特别是在后期阶段。值得注意的是,在前期,DSN1的相同磷酸化位点会破坏着丝粒与微管的相互作用,而在后期,着丝粒所体验到的AURKB梯度活性水平则可能恰到好处地维持DSN1的磷酸化状态以稳定着丝粒,同时避免全局性地破坏着丝粒与微管的相互作用。
Orr等人的补充研究进一步支持了AURKB在后期错误纠正中的重要作用。他们发现,尽管CIN阴性(非转化)的RPEI细胞和CIN阳性(转化)的U2OS细胞在后期均表现出短暂的滞后染色体现象,但这些滞后染色体在两种细胞环境中形成微核的比例均较低,这再次表明大多数滞后染色体在后期得到了有效的纠正。在深入探究AURKB的作用机制时,作者发现抑制AURKB的催化活性或干扰其与MKLP2的相互作用,都会废除在分离染色体和滞后染色体上形成的磷酸化梯度,并显著增加具有滞后染色体和微核的后期细胞频率。基于AURKB在前期着丝粒上激活多效性有丝分裂激酶polo样激酶1(PLK1)的已知作用,作者进一步发现活性PLK1是前期着丝粒与微管相互作用的重要调节因子,特别是在滞后染色体的着丝粒上富集。这些发现提示PLK1可能是AURKB在后期的关键靶点。有趣的是,后期滞后染色体的纠正及其随后重新整合到主核中的过程受到其他关键着丝粒蛋白RNA干扰介导耗竭的显著影响,这些蛋白参与微管附着的形成或调节。这表明AURKB可能在后期着丝粒上与DSN1和PLK1协同作用,靶向其他蛋白质以精细调节着丝粒与微管相互作用的稳定性。总体而言,这些研究揭示了AURKB在后期错误纠正中的复杂作用:尽管在前期低张力条件下着丝粒AURKB促进微管从着丝粒上脱离以纠正错误,但与中区相关联的AURKB对于在后期维持着丝粒与微管附着的局部稳定性、确保有效的机械力传导至关重要。