有丝分裂期姐妹染色体粘连疲劳的分子机制研究
结题报告
批准号:
31571393
项目类别:
面上项目
资助金额:
70.0 万元
负责人:
汪方炜
依托单位:
学科分类:
C0704.细胞命运及重编程
结题年份:
2019
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
颜海燕、周琳莉、张小庆、戚菲菲、张妙、廖庆华、张振蕾、易琦、白杨
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中文摘要
染色体数目的非整倍性是癌细胞的重要特征和癌变的潜在诱因,主要由有丝分裂期染色体的异常分离所致。姐妹染色体之间的粘连是染色体精确分离的根本前提。染色体粘连疲劳,即有丝分裂中期滞留导致染色体非同步化错误分离的现象,是近几年报道的染色体粘连缺陷的新形式,受到同行关注。基于染色体粘连疲劳对基因组稳定性的威胁,一系列相关重要问题亟待解决。本课题拟利用小分子抑制剂、RNA干扰、CRISPR-Cas9基因组编辑、超高分辨率显微镜和活细胞实时成像等关键技术,调查染色体粘连疲劳的普遍性和严重程度,描述粘连疲劳造成染色体异常分离的特点,探讨粘连疲劳的成因与后果。基于Haspin基因突变严重加剧染色体粘连疲劳的预实验结果,我们推测并将验证Haspin以不依赖于其蛋白激酶活性的方式促进染色体粘连的分子机制。课题的顺利完成将揭示染色体粘连调控的新机制,丰富有丝分裂研究的基础理论,并为相关抗癌药物的研发提供新的依据。
英文摘要
Numerical, whole-chromosome aneuploidy is a common characteristics of tumors and has been proposed to drive tumor progression. Aneuploidy is often caused by errors in chromosome segregation during mitosis. Sister chromatid cohesion is an essential prerequisite for faithful chromosome segregation, defects in which lead to chromosome missegregation and the subsequent production of aneuploid daughter cells. Recent studies showed that cells arrested or delayed at metaphase undergo asynchronous and unscheduled separation of sister chromatids. This phenomenon is termed cohesion fatigue which constitutes a previously overlooked type of cohesion defects. Given its conceivable contribution to chromosome instability, a lot of important questions associated with cohesion fatigue remain to be addressed. Here, we aim to investigate how frequently cohesion fatigue occurs at least in certain types of cancer cells, as well as the causes and potential consequences of cohesion fatigue. Importantly, we found severe chromosome cohesion fatigue in our preliminary studies of targeted genome engineering by CRISPR-Cas9 in the gene encoding the serine/threonine kinase Haspin, which has been implicated in chromosome cohesion regulation with unknown mechanism. We hypothesize that Haspin plays a key role in preventing chromosome cohesion fatigue in a way independent of its kinase activity. Combining co-immunoaffinity purification and identification of Haspin-interacting proteins involved in cohesion regulation with functional studies of separation-of-function mutants, we aim to dissect the molecular mechanism by which Haspin functions directly in promoting chromosome cohesion. These studies will be carried out by emerging techniques including small molecule inhibitors, RNAi complementation, genome engineering with CRISPR-Cas9, super-resolution imaging and time-lapse microscopy of live cells. Upon successful conclusion of these studies, we will have revealed the mechanisms associated with chromosome cohesion fatigue, and have provided novel insights into the sophisticated regulation of mitosis which is also important for the development of new anti-mitotic cancer therapeutics.
有丝分裂是一个严密的过程,通过复杂而精细的调控来实现配对姐妹染色单体均等地分配至子细胞,任何细微的错误都可能导致染色体的错误分离以及非整倍体细胞的产生。黏连蛋白复合体(cohesin)维持姐妹染色单体配对,并促进染色体与纺锤体的正确连接。在有丝分裂的初期,染色体臂上的cohesin在其调节亚基Wapl的作用下被大量地去除,而着丝粒区的cohesin必须得以保留才能防止染色体的错误分离。研究发现,蛋白激酶Haspin通过位于氨基端非激酶域的一个保守基序PIM与cohesin的调节亚基Pds5B直接结合。而且,Haspin与Pds5B的结合能竞争性地阻碍Wapl以类似的方式与Pds5B相结合。因此,Haspin通过结合Pds5B拮抗了Wapl对着丝粒区cohesin的去除,保证了姐妹染色单体的正常粘连和正确分离,从而保护了染色体的稳定性。此外,Haspin的激酶域对于姐妹染色体粘连具有重要保护作用:一方面,Haspin的激酶域以较强的亲和力结合Wapl的PIM基序,从而竞争性地阻碍Pds5B结合Wapl的PIM;另一方面,Haspin磷酸化Wapl的PIM并直接削弱Wapl结合Pds5B的能力。进而发现,HP1α和HP1γ对于着丝粒区染色体的粘连发挥着相互冗余的保护作用,HP1的CSD与蛋白激酶Haspin氨基端的PxVxL基序相结合,促进Haspin在着丝粒区的定位,从而抑制Wapl介导的粘连去除。研究还提出了染色体乘客复合体保护着丝粒区姐妹染色体粘连的工作模型:一方面,通过不依赖于Aurora B激酶活性的方式,INCENP结合并招募HP1至着丝粒,促进Haspin在着丝粒区的富集并拮抗Wapl对cohesin的破坏作用;另一方面,Aurora B以激酶依赖的机制促进Mps1激酶在动粒区的定位,从而使得Sgo1富集于着丝粒区并拮抗Wapl。研究还发现,当细胞进入有丝分裂时,Bub1对组蛋白H2A的磷酸化修饰招募TOP2A至着丝粒,促进着丝粒区DNA连环的去除,进而保证了染色体的精确分离和基因组的稳定性。这一系列论文解析了姐妹染色体粘连的重要调控网络,阐明了多个关键环节的分子机制,揭示了染色体不稳定性的重要发生原因,拓展了相关研究领域的基础理论。研究成果多次被国外同行专文评述,产生了一定的国际影响。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Centromere-localized Aurora B kinase is required for the fidelity of chromosome segregation
着丝粒定位的 Aurora B 激酶对于染色体分离的保真度是必需的
DOI:10.1083/jcb.201907092
发表时间:2020-02-03
期刊:JOURNAL OF CELL BIOLOGY
影响因子:7.8
作者:Liang, Cai;Zhang, Zhenlei;Wang, Fangwei
通讯作者:Wang, Fangwei
Aurora B kinase activity-dependent and -independent functions of the chromosomal passenger complex in regulating sister chromatid cohesion
染色体过客复合物在调节姐妹染色单体凝聚力方面的 Aurora B 激酶活性依赖和独立功能
DOI:10.1074/jbc.ra118.005978
发表时间:2019
期刊:JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY
影响因子:4.8
作者:Yi Qi;Chen Qinfu;Yan Haiyan;Zhang Miao;Liang Cai;Xiang Xingfeng;Pan Xuan;Wang Fangwei
通讯作者:Wang Fangwei
HP1 links centromeric heterochromatin to centromere cohesion in mammals
HP1 将着丝粒异染色质与哺乳动物着丝粒内聚力联系起来
DOI:10.15252/embr.201745484
发表时间:2018-04
期刊:EMBO Reports
影响因子:7.7
作者:Yi Qi;Chen Qinfu;Liang Cai;Yan Haiyan;Zhang Zhenlei;Xiang Xingfeng;Zhang Miao;Qi Feifei;Zhou Linli;Wang Fangwei
通讯作者:Wang Fangwei
A kinase-dependent role for Haspin in antagonizing Wapl and protecting mitotic centromere cohesion
Haspin 在拮抗 Wapl 和保护有丝分裂着丝粒凝聚方面具有激酶依赖性作用。
DOI:10.15252/embr.201744737
发表时间:2018-01-01
期刊:EMBO REPORTS
影响因子:7.7
作者:Liang, Cai;Chen, Qinfu;Wang, Fangwei
通讯作者:Wang, Fangwei
A positive feedback mechanism ensures proper assembly of the functional inner centromere during mitosis in human cells
正反馈机制确保人体细胞有丝分裂期间功能性内部着丝粒的正确组装
DOI:10.1074/jbc.ra118.006046
发表时间:2019
期刊:JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY
影响因子:4.8
作者:Liang Cai;Zhang Zhenlei;Chen Qinfu;Yan Haiyan;Zhang Miao;Xiang Xingfeng;Yi Qi;Pan Xuan;Cheng Hankun;Wang Fangwei
通讯作者:Wang Fangwei
Sgo2 突变与 Bub1 激酶失活之间的合成致死效 应及分子机理研究
  • 批准号:
    Z24C070001
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2024
  • 负责人:
    汪方炜
  • 依托单位:
Aurora A激酶通过磷酸化Bora调控细胞周期的功能及机理研究
  • 批准号:
    32061160470
  • 项目类别:
    国际(地区)合作与交流项目
  • 资助金额:
    100万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    汪方炜
  • 依托单位:
Sgo1调控着丝粒组装的功能及分子机制研究
  • 批准号:
    LZ19C070001
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    汪方炜
  • 依托单位:
蛋白激酶Plk1新型结合蛋白的鉴定及其在有丝分裂中的作用机制研究
  • 批准号:
    31771499
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    61.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    汪方炜
  • 依托单位:
有丝分裂期的组蛋白磷酸化及其调控染色体行为的研究
  • 批准号:
    31371359
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    90.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    汪方炜
  • 依托单位:
国内基金
海外基金