2020年12月22日，北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院張傳茂教授實驗室在國際知名細胞生物學(xué)雜志Journal of Cell Biology以長文形式在線發(fā)表了題為“PLK4-phosphorylated NEDD1 facilitates cartwheel assembly and centriole biogenesis initiations”的研究論文。該項工作發(fā)現(xiàn)，中心粒外周基質(zhì)蛋白（PCM）的組分之一NEDD1對于車輪結(jié)構(gòu)裝配和中心粒發(fā)生的起始至關(guān)重要，并且這個過程受到了PLK4激酶的磷酸化調(diào)控，該項工作明確了車輪結(jié)構(gòu)裝配起始的精確位置并闡明了其具體的調(diào)控機制。

論文截圖

中心體是廣泛存在于真核細胞中具有致密結(jié)構(gòu)的細胞器，它是細胞內(nèi)最大的微管組織中心，介導(dǎo)雙擊紡錘體的建立并確保遺傳物質(zhì)的平均分配。中心體是由兩個中心粒以及包裹在外周的中心粒外周基質(zhì)（PCM）組成。隨著超高分辨率顯微鏡技術(shù)的發(fā)展，通過免疫熒光標記PCM蛋白組分，人們發(fā)現(xiàn)中心粒外周基質(zhì)在母中心粒外周的排列是有序的，即由內(nèi)向外呈同心圓方式環(huán)繞在中心粒外周。然而間期這么高度有序排列的中心粒外周基質(zhì)PCM與中心體復(fù)制起始的關(guān)系尚不清楚；車輪結(jié)構(gòu)的裝配代表新中心粒形成的第一步，車輪結(jié)構(gòu)組裝和原中心粒的發(fā)生是如何起始的以及起始位置在哪里，都有待研究。

在本項工作中，該團隊發(fā)現(xiàn)NEDD1蛋白的缺失嚴重破壞了車輪結(jié)構(gòu)裝配和子中心粒發(fā)生的起始。在正常情況下，PCM的分層結(jié)構(gòu)是受到嚴格調(diào)控的，PCM蛋白被順序招募到中心體上，Cep192呈環(huán)狀分布，PCNT呈放射狀分布，它們兩個協(xié)同招募了NEDD1以環(huán)狀的形式定位在中心體上，從而使NEDD1可以與PLK4在G1期共定位，而NEDD1蛋白招募了γ-TuRC到PCM上。進一步地，通過超高分辨率顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)NEDD1作為一個基座協(xié)助起始了車輪結(jié)構(gòu)的裝配和子中心粒的發(fā)生。

車輪結(jié)構(gòu)在PCM組分之一NEDD1層上起始裝配

通過免疫熒光，免疫共沉淀和體外蛋白質(zhì)結(jié)合實驗表明，NEDD1與車輪結(jié)構(gòu)的核心組分SAS-6之間存在直接的相互作用。并且二者的相互作用受到了細胞周期的調(diào)控，二者結(jié)合的時期也恰好是中心體復(fù)制起始發(fā)生的時期，即S期早期，從而證實了NEDD1可以通過將SAS-6直接招募到中心體上來起始車輪結(jié)構(gòu)的裝配。

進一步地，該團隊發(fā)現(xiàn)NEDD1協(xié)助起始車輪結(jié)構(gòu)裝配的過程受到了PLK4激酶的磷酸化調(diào)控。進入S期后，PLK4 激酶的活化，使NEDD1在S325位點發(fā)生了磷酸化從而使車輪結(jié)構(gòu)的裝配可以在NEDD1這一層上起始，具體過程是磷酸化的NEDD1與γ-TuRC的結(jié)合減弱，而與SAS-6發(fā)生相互作用將SAS-6招募到中心體上，與STIL蛋白一起裝配車輪結(jié)構(gòu)。隨著細胞周期的進行，PLK4激酶活性減弱，NEDD1與γ-TuRC的相互作用增強，使NEDD1可以結(jié)合更多的γ-TuRC組分來成核中心粒微管，從而起始子中心粒的形成。而如果引起NEDD1的過度磷酸化，會使過多的SAS-6被招募到中心體而導(dǎo)致中心粒的過度擴增，甚至引起多級紡錘體的產(chǎn)生進而導(dǎo)致染色體分離異常。綜上所述，該項工作闡明了NEDD1協(xié)助起始車輪結(jié)構(gòu)裝配和中心粒發(fā)生的具體機制，為理解中心體循環(huán)與細胞周期調(diào)控相偶聯(lián)的潛在機制提供了重要信息。

NEDD1在PLK4激酶的調(diào)控下協(xié)助起始車輪結(jié)構(gòu)的裝配和子中心粒的發(fā)生

北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院張傳茂教授為本論文的通訊作者，張傳茂實驗室博士研究生遲王菲為本論文第一作者，實驗室多位老師對此項工作作出了貢獻。該項目受到國家自然科學(xué)基金委員會和科技部的項目資助。

張傳茂教授實驗室長期以來主要以細胞生物學(xué)、分子生物學(xué)和生物化學(xué)方法技術(shù)等為研究手段，以培養(yǎng)細胞，小鼠、非洲爪蟾、果蠅等為主要實驗材料，在分子、亞細胞、細胞、組織和個體水平上，從事干細胞增殖與分化、細胞周期調(diào)控（包括紡錘體裝配和核膜裝配機理等）、細胞核結(jié)構(gòu)、細胞核動態(tài)變化及功能、Ran GTP酶功能調(diào)控、腫瘤細胞增殖調(diào)控等方面的研究。

來源：北京大學(xué)