HJURP动态磷酸化修饰在着丝粒维系中的生物学意义

The centromere is an essential genomic locus that ensures accurate chromosome segregation during cell division. Dysfunctions of centromeres result in chromosome missegregation, genome instability and carcinogenesis. The histone H3 variant CENP-A is the primary determinant for the establishment and maintenance of centromere chromatin. Assembly of CENP-A nucleosomes requires its specific chaperon HJURP. In general, HJURP associates with CENP-A-H4 dimer and localize to the centromere through recognition of Mis18 complex during G1 to fulfill new CENP-A deposition. The detailed mechanisms are still unknown. Our recent study shows that nonacetylated H4K5 and H4K12 lead to HJURP mislocalization and CENP-A misincorporation at noncentromere regions (2016, Nat.communs). To understand additional regulatory mechanism for HJURP, we examined its phosphorylation state and found it can be phosphorylated in a cell cycle-dependent manner. In this study, we aim to identify the critical phosphorylation sites of HJURP through mutagenesis strategy combined with phenotype screening, and demonstrate its biological significance in centromere maintenance and genome integrity.

着丝粒是确保细胞分裂中染色体精确分离的特殊基因组位点。着丝粒异常将导致染色体错误分离，基因组不稳定甚至细胞癌变。组蛋白H3变异体CENP-A是着丝粒染色质建立和维系的首要决定因子。CENP-A核小体组建需要它特异的伴侣分子HJURP参与。HJURP携带CENP-A－H4二聚体识别位于着丝粒上的Mis18复合体，在细胞G1期完成CENP-A分子的核小体编入。该过程的具体分子机制目前尚不清楚。我们最近的研究显示：H4K5和H4K12的非乙酰化状态会导致HJURP-CENP-A的错误定位，引起CENP-A在非着丝粒区域的编入（2016,自然.通讯)。为了寻找其他调控HJURP 定位行为的因素，我们检查了HJURP的磷酸化水平，发现其随细胞周期进展而波动的特性。本研究将继续通过突变和表型筛选的策略鉴定和分析HJURP中关键的磷酸化位点，并阐明动态磷酸化修饰在维系着丝粒稳定中的重要生物学意义。

着丝粒是细胞分裂中确保染色体精确分离的基因组结构。着丝粒异常是导致染色体错误分离，基因组不稳定乃至细胞癌变的重要原因。CENP-A是着丝粒建立和维系的首要决定因子。与其他经典组蛋白一样，CENP-A核小体的组建需要其特异伴侣分子HJURP的参与。HJURP携带CENP-A－H4二聚体靶向识别着丝粒上KMN复合体在细胞G1期完成CENP-A核小体的组装。HJURP的缺失会造成CENP-A整合的失败，着丝粒功能完全丧失。HJURP介导的CENP-A运输与组装过程受到磷酸化与去磷酸化修饰的严格调控，但详细机制不详。.本研究首次揭示了HJURP细胞周期依赖性的动态磷酸化方式。研究结果表明：G2-M期HJURP处于高度磷酸化状态，并对体外磷脂酶处理敏感。通过免疫沉降结合质谱分析的方法我们鉴定到了15个可磷酸化位点，它们广泛地分布在HJURP的各个功能域。为了解析磷酸化修饰的生物学意义，我们在敲除内源HJURP的细胞背景下，导入各种磷酸化突变体。结果表明：位于HJURP调控区的丝氨酸S601/S625和C-末端的S711/S720的突变体导致HJURP在非G1期定位于着丝粒，并引起细胞增殖的抑制。另外， 位于CENP-A结合域下游的丝氨酸S143位点突变可引起CENP-A结合能力下降，而位于结合域内部的S83未观察到影响。有理由推测，S143的磷酸化是调控CENP-A与HJURP互作的关键残基。.本研究是首次针对HJURP磷酸化调控生物学意义的探索。对于着丝粒表观遗传学领域的研究具有十分重要的学术意义。本项目中发现的磷酸化调控方式和特异性磷酸化位点或可作为抑制细胞增殖的靶标，具有一定的应用前景。