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着丝粒是染色体上能够引发动粒组装的区域,动粒复合体的组装能够介导染色体与微管的连接,从而推动染色体在真核生物有丝分裂和减数分裂时的分离,着丝粒和动粒组装的失败将导致染色质的增加或缺失,这些情况的发生对细胞乃至生物个体往往是致命的。着丝粒还在染色体分离的过程中起着广泛的调控作用,因此着丝粒是染色体稳定遗传的一个重要保证。真核生物中除酵母外,着丝粒在染色质上的形成与保持不依赖于特定的DNA序列,而受表观遗传调控,与H3的一个变异体CENP-A的存在密切相关,只有CENP-A核小体存在的区域才能形成着丝粒,因此CENP-A被定义为着丝粒的表观遗传学标志蛋白。
着丝粒的保持对于染色质的稳定遗传是至关重要的。相对于着丝粒的重要性,关于着丝粒标志蛋白CENP-A的特异识别、运输和组装等分子机理的研究却很少。近年来,HJURP被鉴定为CENP-A特异的分子伴侣,它可以和CENP-A直接相互作用并在整个细胞周期中伴随着CENP-A存在。HJURP的前80个氨基酸对于CENP-A的特异结合起主要作用。我们在原核表达系统中表达纯化了HJURe与CENP-A-H4的复合物,用X-射线晶体学方法解析了复合物的三维结构。结构显示,HJURP具有防止CENP-A-H4形成四聚体的能力;HJURP羧基端的β折叠片层覆盖了CENP-A-H4上与DNA结合的区域从而阻止CENP-A-H4与非特异性DNA的自发结合;结合结构信息和体外功能实验,我们新发现CENP-A上的S68是HJURP特异性识别CENP-A而不是H3的关键。这些结果为解释CENP-A的特异性识别和着丝粒核小体组装的机制提供了重要的信息。
CENP-A核小体表观遗传信息的传递需要一位专一的“reader”。五年前,CCAN(Constitutive centromere-associated network)复合体中的组分之一CENP-N被鉴为具有这一特异功能的“reader”,因为它只特异的识别CENP-A核小体而不识别H3核小体。CENP-N以不依赖DNA的方式通过它的氨基端结合CENP-A的CATD(CENP-A targeting domain)。进一步研究表明CENP-N的丰度分布表现出与CENP-A的细胞周期调控紧密的相关性,这从另一个侧面暗示了CCAN在细胞周期中不是一成不变的。CENP-N的重要性是毋庸置疑的,但到目前为止还没有关于CENP-N的结构信息。为了深入认识CENP-A核小体以及其招募的与着丝粒功能和遗传相关的蛋白,本人基于博士学习期间摸索建立的体外重组核小体的平台,进一步开展了针对CENP-A-NCP(Nucleosome pore particle)和CENP-N-CENP-A-NCP两个大复合体的组装纯化与晶体筛选的工作。