冷冻电镜助力内侧动粒结构解析，揭示有丝分裂过程中的DNA结合机制 | 水木视界iss.40

编者按

着丝粒是染色体上特化的、在细胞分裂时介导纺锤丝与染色体结合的结构位点。人类和其他哺乳动物的着丝粒由多个保守的171-bp的α-satellite 重复序列及着丝粒蛋白A (CENP-A)组成 。动粒可以特异性地结合在着丝粒上形成包括内侧动粒和外侧动粒在内的大蛋白复合物机器并直接介导染色体的分离。但是动粒如何识别着丝粒CENP-A染色质，以及它们如何在染色体和有丝分裂纺锤体之间建立稳固的联系，迄今仍是一个谜。来自LMB结构研究部的David Barford小组的一项新研究，解析了人源着丝粒结合网络与CENP-A核小体结合时的结构，并对动粒如何介导纺锤丝的相互作用有了新的了解，这项研究对因相关蛋白突变引起的发育障碍和癌症等遗传疾病的临床研究奠定了基础。

Human inner kinetochore structure reveals mechanism for binding DNA during mitosis

Copyright@MRC-LMB

生物体的生存依赖于其遗传信息的传播和传递。在有丝分裂过程中，DNA被压缩并包装成染色体，染色体上的特定区域着丝粒，负责将姐妹染色单体分离到两个子细胞。在人体，染色体上的DNA收缩区域着丝粒是由数千个171碱基对（bp）的α-卫星DNA重复序列的拷贝组成。着丝粒招募动粒形成大型多蛋白复合物，负责将染色体附着在有丝分裂纺锤体上。动粒组装在特定的着丝粒蛋白A（CENP-A）核小体上，这些核小体安装在着丝粒DNA的171bp的α-卫星重复上。内侧动粒附着在着丝粒上以固定DNA，而外侧动粒则附着在微管上，微管在有丝分裂期间将复制的DNA的两条链拉进两个子细胞。

主要作者Stanislau Yatskevich和Kyle Muir制备了重组动粒的样品，并将它们组装到CENP-A核小体上，并利用冷冻电子显微镜解析它们的结构。他们的主要发现是，内侧动粒构成的着丝粒关联网络（CCAN）复合物组装到171bp的α卫星重复序列的着丝粒CENP-A核小体上的机制。与普遍的模型相反，该小组发现CCAN的16个亚基形成了一个确定的球状复合物，其中包括一个与双链DNA的形状和电荷完美互补的中心通道。

新结构解析显示，当与α-卫星重复序列上的CENP-A核小体结合时，相邻核小体之间的连接DNA被CCAN拓扑地夹住。很像一只抓住绳子的手，CCAN通过其中心通道抓住了大约46bp的DNA。还有125bp的DNA包裹着CENP-A核小体，从而解释了171bp重复的保存。CCAN对DNA的紧握形成了一个坚固的承重装置，这确保了它保持与染色体的连接，并在整个染色体分离过程中经受住有丝分裂纺锤体的推拉力。

进一步的检查还显示，组成CCAN的一些亚基是活塞折叠蛋白。这些蛋白以类似于核小体的典范组蛋白的方式结合连接体DNA。

这项研究提高了我们对有丝分裂和保留DNA遗传的方式的理解。这些对动粒功能的新见解被证明对以后的临床研究很重要，因为染色体分离的错误（由动点介导）可能导致非整倍体，这是许多遗传病的基础，如发育障碍和癌症。

水木未来丨视界iss.40Credit@MRC-LMB

"Human inner kinetochore structure reveals mechanism for binding DNA during mitosis"