研究揭示著絲粒CENP-A蛋白結構

人體平均每天有1000億個細胞發(fā)生分裂，大部分時候機體的細胞分裂正常進行。但有時細胞復制過程發(fā)生異常則會引起染色體畸形而導致多種病征例如癌癥、唐氏綜合征等。近日賓夕凡尼亞州大學醫(yī)學院的研究者們對CENP-A蛋白的分子結構進行了鑒定。CENP-A蛋白曾被證實在著絲粒的形成過程中起關鍵作用，CENP-A可將著絲粒變成一個DNA和蛋白的復合物，而且確保著絲粒在細胞分裂中完好無損。CENP-A的存在確保了人體有幾乎*相同的染色體組。CENP-A功能失常將導致細胞分裂過程中發(fā)生染色體分離異常。

過去的15年研究人員發(fā)現(xiàn)細胞分裂是受到遺傳學及表觀遺傳學過程共同調控的過程。無論是DNA編碼序列的異?；蚴墙M蛋白與DNA結合緊密程度的改變均可能影響細胞分裂。表觀遺傳學改變了遺傳密碼的讀取，在某些情況下可以引起基因表達的上調或下降。CENP-A對于染色體著絲粒的位置起決定作用，因而被認為是重要的表觀遺傳學標記蛋白。

然而一直以來研究人員對于CENP-A如何確定著絲粒的位置，并影響遺傳特性的機制并不清楚。Black研究小組發(fā)現(xiàn)CENP-A的結構特性決定了CENP-A標記染色體著絲粒位置的功能。他們證實CENP-A功能異?？蓪е录毎至堰^程中染色體分離異常。

賓夕凡尼亞州大學醫(yī)學院生物化學及生物物理學系助理教授Ben Black博士和Black實驗室的博士后Nikolina  Sekulic在9月16日的《自然》（Nature）雜志上發(fā)表文章描述了CENP-A分子的結構。Black  說：“我們*次獲得了CENP-A分子的高分辨率圖像，這是過去150年來生物學此方面研究的一個重要的里程碑。”

在新研究中，Black揭示了CENP-A的結構以及其特異性標記染色體著絲粒的機制，并對這個表觀遺傳學標記在細胞分裂過程中進行正確拷貝的機理進行了推測。他們發(fā)現(xiàn)CENP-A改變了核小體的性狀，使得它變得更加堅硬。核小體是由DNA與組合蛋白八聚體構成的真核染色體的一種重復結構，核小體的組織對于基因調控極為重要。不同于染色質上的其他區(qū)域，在著絲粒位點CENP-A取代組蛋白H3形成核小體，CENP-A核小體重復拷貝形成一個特異的表觀遺傳區(qū)域。

在細胞分裂期間CENP-A著絲點與其他蛋白質組成一個致密的顆粒狀結構動粒，在細胞分裂過程中牽拉復制染色體發(fā)生分離。Black認為他們的研究大大推動了研究者深入了解CENP-A分子維持人類遺傳特性的機制，同時他還預測這個關鍵的表觀遺傳元件在不久的將來將有可能通過遺傳工程被運用于人工染色體的構建。