中心粒向中心体转变的分子机制及功能研究

Centrioles are required to assemble centrosomes for cell division and cilia for motility and signaling. Centrosome amplification is a hallmark of cancer, thus understanding what controls centrosome duplication is important in both basic and biomedical research. During each cell cycle, new centrioles assemble perpendicularly to pre-existing ones in G1–S and elongate throughout S and G2. Although the newly assembled centriole reaches its full length in early mitosis, it cannot duplicate or organize pericentriolar material (PCM) until it has passed through mitosis. In Dr. Fu’s previous work, she has combined 3D-SIM and biochemical analyses to reveal an architectural network Cep135-Ana1/Cep295-Asterless/Cep152 that is key for centriole to mature to motherhood in both Drosophila and human cells. Since this is one of the key steps to control the centrosome duplication, this proposed project will focus on how the protein complex of Cep135-Ana1/Cep295-Asterless/Cep152 is dynamically modified and regulated during the cell cycle. Furthermore, the function of centriole-to-centrosome conversion will be studied in Drosophila model system to evaluate its contribution to the development. This project will not only uncover the key regulation in controlling the centrosome number, providing clues for potential drug targets for cancer therapy, but will also reveal the connections between centrosome structure, its function and the developmental events.

中心体是动物细胞分裂时主要的微管组织中心，其核心组分中心粒还是鞭毛和纤毛装配的基体，在细胞增殖、运动、感受外界刺激等生理过程中起重要作用。细胞内存在过多中心体能促进肿瘤发生，因此研究中心体复制的调控机制具有重要的理论和医学价值。申请人前期工作结合超高分辨显微技术和生化手段，鉴定了蛋白复合物Cep135-Ana1/Cep295-Asterless/Cep152，促进新合成的中心粒转变为具有再复制能力的中心体（NCB, 2016）。此过程是控制中心体复制的关键步骤之一，但如何受到调控仍是未知。本项目将利用细胞模型，结合生化及各种成像手段，探讨该蛋白复合物在细胞周期中的动态修饰和组装；进而利用果蝇模式生物，结合遗传学等手段，研究中心粒转变为中心体对生物个体的意义。本项目不仅将揭示中心体复制的关键调控机制，有助于寻找抑制肿瘤的新靶标，而且将在个体水平上解析中心体的结构、功能与发育之间的关系。

细胞内存在过多中心体能促进肿瘤发生，研究中心体复制的调控机制具有重要的理论和医学价值。蛋白复合物Cep135-Ana1/Cep295-Asterless/Cep152在中心体上的装配促进了新合成的中心粒转变为具有再复制能力的中心体，是控制中心体复制的关键步骤之一。本项目围绕Cep135-Ana1/Cep295-Asterless/Cep152蛋白复合物在细胞周期中的动态修饰和组装展开。研究发现复合物中的Ana1组分在细胞内受到磷酸化修饰，进一步筛选确定Polo/PLK1为Ana1的上游激酶，并与Ana1相互作用。Polo磷酸化Ana1的11个氨基酸位点，当磷酸化受到抑制时，Ana1与Asterless的结合受到严重破坏，导致中心体复制异常。Polo与Ana1的结合受到上游CDK1的调控，CDK1磷酸化Ana1的单个氨基酸位点，极大增强了Polo与Ana1的结合，并使得Polo能正常行使募集中心粒外周物质的能力。因此，项目提出CDK1-Polo-Ana1的分子通路，并揭示了其功能的双面性：一方面Polo对Ana1的磷酸化调控了Asterless的募集和中心体复制，对中心体的传代有重要意义；另一方面Polo又依赖此通路行使中心粒外周物质组装的能力，对中心体承担微管组织中心的功能具有关键作用。