Forscher enthüllen, wie Acetylierung die Zentromerdynamik, die Chromosomensegregation und die mitotische Progression reguliert

Durch Zellteilung entstehen neue Zellen, die die Grundlage für die Verbreitung und Entwicklung des Lebens bilden. Die Mitose ist die kürzeste und dynamischste Phase des Zellzyklus. Während der Mitose werden die Chromosomen gleichmäßig zwischen den beiden Tochterzellen verteilt, wodurch die Integrität des Genoms erhalten bleibt.

Das Zentromer, ein spezialisierter Bereich des Chromosoms, dient als Rekrutierungsplattform für verschiedene Proteine, die für die Aufrechterhaltung der Schwesterchromatidkohäsion und für die Bildung von Kinetochoren entscheidend sind. Diese Kinetochoren sind für die Anheftung von Spindelmikrotubuli verantwortlich, die die Chromosomenkongression und ordnungsgemäße Trennung während der Zellteilung ermöglichen.

Defekte in der Struktur oder Funktion des Zentromers können zu einer Fehlverteilung der Chromosomen führen, die wiederum eine genomische Instabilität zur Folge haben kann.

Bub1 (Budding Uninhibited by Benzimidazole 1) ist eine Serin/Threonin-Kinase, die während der Mitose verschiedene Funktionen erfüllt. Sie wird während der Prometaphase an ungebundene Kinetochoren rekrutiert und fördert die Rekrutierung anderer nachgeschalteter Proteine ​​an die Kinetochoren und Zentromere.

Die Proteinacetylierung ist eine konservierte posttranslationale Modifikation, die sowohl bei Prokaryonten als auch bei Eukaryonten vorkommt. 1964 entdeckten Forscher erstmals die Acetylierung von Histonen. Nachfolgende Studien zeigten, dass nicht nur Histone, sondern auch zahlreiche Nicht-Histon-Proteine ​​Acetylierungsmodifikationen unterliegen, die an der Regulierung verschiedener zellulärer Lebensaktivitäten beteiligt sind.

Prof. Chuanmao Zhang und Kollegen von der Kunming University of Science and Technology und der Peking University haben einen molekularen Mechanismus entdeckt, der die Chromosomenkongression und -trennung reguliert. Die Forscher haben in ihrer Arbeit gezeigt, veröffentlicht In Wissenschaft China BiowissenschaftenTIP60 acetyliert Bub1 an K424 und K431 auf Kinetochoren während der frühen Mitose, was die Kinaseaktivität von Bub1 erhöht.

„Als wir die mitotischen acetylierten Proteine ​​anreicherten, entdeckten wir Bub1 unter ihnen“, sagte Mengjie Sun, der Erstautor der Studie. „Außerdem beobachteten wir einen deutlichen Anstieg des Acetylierungsniveaus von Bub1 während der frühen Mitose. Dies deutet darauf hin, dass die Acetylierung von Bub1 in diesem Prozess eine Rolle spielen könnte.“

Dies ist der Beginn ihrer Forschung. Und dann entdeckten sie durch eine Reihe von Experimenten, die Live-Cell-Imaging und biochemische Techniken umfassten, dass Bub1-Acetylierung für die ordnungsgemäße Chromosomenkongression und -trennung unerlässlich ist. Eine beeinträchtigte Bub1-Acetylierung führt zu einer erheblichen Verzögerung der Chromosomenausrichtung und zu Defekten bei der Chromosomensegregation, einschließlich verzögerter Chromosomen und der Bildung von Anaphasenbrücken.

Anschließend stellten sie durch In-vivo- und In-vitro-Experimente fest, dass die Acetyltransferase TIP60 für die Bub1-Acetylierung verantwortlich ist.

Darüber hinaus untersuchten die Forscher, wie die durch TIP60 vermittelte Bub1-Acetylierung die Chromosomenkongression und -segregation reguliert. Sie entdeckten die Auswirkungen auf die Rekrutierung nachgeschalteter Proteine ​​zu den Zentromeren und stellten fest, dass die CPC-Komponenten und Sgo1 nicht effektiv zu den Zentromeren rekrutiert werden konnten, wenn die Bub1-Acetylierung gestört war.

Frühere Studien haben berichtet, dass Bub1 H2A an T120 (H2ApT120) phosphoryliert, um CPC und Sgo1 zu rekrutieren. Die Forscher versuchten dann herauszufinden, wie sich die Acetylierung von Bub1 auf den H2ApT120-Spiegel auswirkt. Wie erwartet steigert die Acetylierung von Bub1 dessen Kinaseaktivität und fördert so die Phosphorylierung von H2A.

„Dies ist der Mechanismus, durch den die Bub1-Acetylierung die Chromosomenkongression und -trennung reguliert“, schloss Prof. Zhang.

Da die Acetylierung von Bub1 ein dynamischer Prozess während des gesamten Zellzyklus ist, wollten sie auch das Enzym identifizieren, das für die Deacetylierung von Bub1 verantwortlich ist. Sie identifizierten eine essentielle Deacetylase, HDAC1, die die Deacetylierung von Bub1 vermittelt, wenn Zellen die Mitose beenden. Eine vorzeitige Deacetylierung von Bub1 durch HDAC1 kann die Kinaseaktivität von Bub1 beeinträchtigen und zu einer abnormalen Demontage des Centromeren und einer Fehlaufteilung der Chromosomen führen.

„Dadurch entsteht ein Acetylierungs- und Deacetylierungszyklus von Bub1 im Zellzyklus“, erklärte Dr. Biying Yang.