有絲分裂前半段

關(guān)于有絲分裂前半段有絲分裂發(fā)生的事件前期早中期中期后期末期胞質(zhì)分裂第2頁,共72頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)有絲分裂調(diào)控的原則第3頁,共72頁，2024年2月25日，星期天一、磷酸化和蛋白酶解控制了整個

有絲分裂進(jìn)程磷酸化和蛋白酶解是控制有絲分裂事件的兩大主要調(diào)控機制。磷酸化是一種快速可逆的蛋白修飾，對于控制可逆的有絲分裂進(jìn)程十分理想，如紡錘體組裝在有絲分裂的前半段被Cdks啟動，而在有絲分裂的后半段因Cdks的失活而被逆轉(zhuǎn)。蛋白酶解對于控制無需逆轉(zhuǎn)的事件非常理想。如有絲分裂后半段周期蛋白的蛋白酶解，導(dǎo)致了Cdk1不可逆的滅活，從而阻止了有絲分裂前半段事件的再次發(fā)生。第4頁,共72頁，2024年2月25日，星期天一、磷酸化和蛋白酶解控制了

整個有絲分裂進(jìn)程Cdks：磷酸化：驅(qū)動紡錘體組裝和姊妹染色單體的排列激活A(yù)PCCdc20泛素-蛋白連接酶降解安全子降解周期蛋白第5頁,共72頁，2024年2月25日，星期天二、有絲分裂的兩個檢驗點

一個檢驗點在G2/M邊界，它控制著有絲分裂的進(jìn)入。細(xì)胞周期進(jìn)程通常在此處被有絲分裂周期蛋白-Cdk復(fù)合物的激活而啟動。第二個檢驗點位于中后期轉(zhuǎn)換點，進(jìn)程在該處受到APCCdc20激活的驅(qū)動。第6頁,共72頁，2024年2月25日，星期天二、有絲分裂的兩個檢驗點如果染色體DNA受損或沒有完全復(fù)制，大部分真核生物會將細(xì)胞周期進(jìn)程阻滯在G2/M檢驗點，以阻止損傷的或不完整的染色體被分配到子細(xì)胞中。通過阻止有絲分裂Cdks的激活，損傷的DNA或停止的復(fù)制叉發(fā)出抑制信號以阻斷有絲分裂的進(jìn)入。如果損傷得以修復(fù)或者復(fù)制完成的話，抑制信號便會撤銷，Cdks被激活，有絲分裂重新開始。第7頁,共72頁，2024年2月25日，星期天二、有絲分裂的兩個檢驗點如果姊妹染色單體沒有正確地附著于紡錘體，動粒便會發(fā)出抑制信號來阻斷APCCdc20的激活，有絲分裂進(jìn)程也可被阻斷在中后期轉(zhuǎn)換點，從而阻止后期及有絲分裂的退出，直到出現(xiàn)正確的紡錘體附著。第8頁,共72頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)周期蛋白A和B控制的有絲分裂第9頁,共72頁，2024年2月25日，星期天一、細(xì)胞周期蛋白A和細(xì)胞周期蛋白B真核細(xì)胞在進(jìn)入M期時，經(jīng)歷了劇烈的重新組織化的過程。尤其是多細(xì)胞生物，當(dāng)細(xì)胞組裝紡錘體，以及準(zhǔn)備姊妹染色單體的分離時，幾乎每個亞細(xì)胞器和大分子結(jié)構(gòu)都得以重建或有所改變。顯而易見的是，所有這些過程都依賴于一組重要的調(diào)節(jié)因子：有絲分裂周期蛋白-Cdk復(fù)合物。第10頁,共72頁，2024年2月25日，星期天一、細(xì)胞周期蛋白A和細(xì)胞周期蛋白B多細(xì)胞真核生物中，主要由兩種周期蛋白控制有絲分裂：周期蛋白A和周期蛋白B。另外還有第三種蛋白，周期蛋白B3，在某些生物體中也能控制有絲分裂，但并不關(guān)鍵。每個周期蛋白單獨的功能還不明確，而且不同類型的蛋白，它們的相對重要性在物種中差別很大。第11頁,共72頁，2024年2月25日，星期天一、細(xì)胞周期蛋白A和細(xì)胞周期蛋白B果蠅也有一套周期蛋白A，B和B3。它們都參與了有絲分裂的進(jìn)程，但相對重要性存在差異。周期蛋白A是最有力的有絲分裂刺激因子。周期蛋白B的能力居于中間，而周期蛋白B3的功能相對較小。對突變胚胎的嚴(yán)格檢查表明，不同的周期蛋白具有某些特定的功能。如周期蛋白A，似乎在染色體凝聚的時候特別重要，而周期蛋白B對于有絲分裂紡錘體的組裝似乎更重要些。第12頁,共72頁，2024年2月25日，星期天一、細(xì)胞周期蛋白A和細(xì)胞周期蛋白B周期蛋白A是S期的重要調(diào)節(jié)因子，在S期早期升高，并持續(xù)上升，直到核膜崩解后蛋白被降解。周期蛋白B水平在細(xì)胞到達(dá)有絲分裂時上升，與之相聯(lián)系的Cdk活性在前期急劇增加。周期蛋白B在中期被降解。。第13頁,共72頁，2024年2月25日，星期天一、細(xì)胞周期蛋白A和細(xì)胞周期蛋白B脊椎動物的周期蛋白A以兩種形式存在，周期蛋白A1和周期蛋白A2，每一個由單獨的基因編碼。周期蛋白A1在精子細(xì)胞和早期胚胎細(xì)胞中表達(dá)，是在蛙胚細(xì)胞中的被研究的周期蛋白A形式（其搭檔是Cdk1）。缺乏周期蛋白A1的小鼠能夠存活，但雄性不育，這是由于生精過程中第一次減數(shù)分裂存在著缺陷。第14頁,共72頁，2024年2月25日，星期天一、細(xì)胞周期蛋白A和細(xì)胞周期蛋白B周期蛋白A2在發(fā)育早期和成體組織中表達(dá)，缺乏這一蛋白的小鼠胚胎早期致死。周期蛋白A2是通常在培養(yǎng)哺乳動物細(xì)胞中被研究的周期蛋白A形式（其搭檔是Cdk2）。由于兩類周期蛋白A亞型在細(xì)胞周期功能上沒有明顯差異，我們通常不將它們區(qū)分開來。第15頁,共72頁，2024年2月25日，星期天一、細(xì)胞周期蛋白A和細(xì)胞周期蛋白B脊椎動物cycinB也以兩種形式存在----周期蛋白B1和周期蛋白B2。這兩種形式在蛙胚細(xì)胞和培養(yǎng)的哺乳動物細(xì)胞中都存在，兩者都呈現(xiàn)典型的有絲分裂表達(dá)模式，都只結(jié)合Cdk1。缺乏cylcinB2的小鼠可存活，而周期蛋白B1缺失則導(dǎo)致早期胚胎致死。這個證據(jù)以及其他一些證據(jù)表明，兩種蛋白中，周期蛋白B1更為重要。第16頁,共72頁，2024年2月25日，星期天二、周期蛋白B1-Cdk1復(fù)合物的

細(xì)胞核轉(zhuǎn)位哺乳動物細(xì)胞中，兩種形式的周期蛋白B定位不同。在整個G2期和有絲分裂期，周期蛋白B2與高爾基器的膜相結(jié)合。周期蛋白B1在G2期位于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)。在早前期，當(dāng)周期蛋白B1-Cdk1復(fù)合物首次被激活時，其仍然停留在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，并且主要集中在位于細(xì)胞核外正開始分離的復(fù)制過的中心體處。在前期的末段，大部分活性復(fù)合物陡然轉(zhuǎn)運到細(xì)胞核內(nèi)，參與促進(jìn)核膜崩解。很快，核膜破裂，周期蛋白B1-Cdk1分散于整個細(xì)胞中。第17頁,共72頁，2024年2月25日，星期天三、周期蛋白A和B驅(qū)動不同的

有絲分裂事件有絲分裂中最早的核內(nèi)事件——特別是染色體凝聚——可能由周期蛋白A-Cdk啟動，因為這些復(fù)合物與周期蛋白B-Cdk1不同，它們在前期的早段就具有活性，且完全分布在細(xì)胞核內(nèi)。也有證據(jù)表明，在注射周期蛋白A-Cdk2蛋白抑制劑的人類細(xì)胞中，染色體凝聚可以被阻斷——甚至反轉(zhuǎn)。周期蛋白A-Cdk復(fù)合物也能促進(jìn)周期蛋白B-Cdk復(fù)合物的激活。CDC25第18頁,共72頁，2024年2月25日，星期天三、周期蛋白A和B驅(qū)動不同的

有絲分裂事件周期蛋白B-Cdk1能促進(jìn)一些主要的有絲分裂事件，這些事件在前期稍晚（中心體分離）以及之后(核膜崩解和紡錘體組裝)發(fā)生。周期蛋白B-Cdk1也能促進(jìn)染色體凝聚的完成。與周期蛋白A-Cdk2效果不同的是，周期蛋白B-Cdk1一旦開始運作，其作用不可逆轉(zhuǎn)。這種情況部分是由于周期蛋白B-Cdk1激活具有全或無的不可逆性。第19頁,共72頁，2024年2月25日，星期天第20頁,共72頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)Wee1和Cdc25對Cdks的調(diào)控第21頁,共72頁，2024年2月25日，星期天一、周期蛋白B-Cdk1在M期早期被

去磷酸化而快速激活多種Wee1相關(guān)激酶與Cdc25相關(guān)磷酸酶控制了動物細(xì)胞中Cdk1活性第22頁,共72頁，2024年2月25日，星期天一、周期蛋白B-Cdk1在M期早期被

去磷酸化而快速激活脊椎動物細(xì)胞含有三種Cdc25，稱為Cdc25A，Cdc25B，Cdc25C。所有這些酶均能在有絲分裂中激活周期蛋白B-Cdk1，但不清楚是否每一個酶都是必需的。將Cdc25B和Cdc25C基因進(jìn)行雙缺失，對小鼠細(xì)胞沒有明顯的影響，證明單個Cdc25A的激活（伴隨Myt1和Wee1的抑制）足以允許正常進(jìn)入有絲分裂。盡管如此，Cdk1調(diào)控的強度可能依賴于三種Cdc25異構(gòu)體的存在。第23頁,共72頁，2024年2月25日，星期天一、周期蛋白B-Cdk1在M期早期被

去磷酸化而快速激活在有絲分裂之前和過程中，脊椎動物的三種Cdc25異構(gòu)體呈現(xiàn)出不同的活性模式，這提示它們在Cdk1激活方面具有特定的功能。Cdc25B激活較早，因而可能參與了Cdk1激活的起始。Cdc25B的水平和活性在晚S期和G2期上升，前期達(dá)到頂峰，前中期開始下降。前期細(xì)胞中，有部分Cdc25B定位在細(xì)胞質(zhì)，可與周期蛋白B-Cdk1復(fù)合物共定位，此時復(fù)合物首次被激活。第24頁,共72頁，2024年2月25日，星期天一、周期蛋白B-Cdk1在M期早期被

去磷酸化而快速激活Cdc25A和Cdc25C在G2期是相對無活性，它們可在前期被陡然激活。因此這些磷酸酶對于Cdk1活性在有絲分裂前半段的急劇增加是非常重要的。Cdc25A和Cdc25C所處的位置都與周期蛋白B1-Cdk1十分接近：Cdec25A：主要定位在細(xì)胞核內(nèi)，還有小部分定位在細(xì)胞質(zhì)。Cdc25C：與周期蛋白B1-Cdk1一樣，在早前期駐留在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，而在前期的末段轉(zhuǎn)移入核。第25頁,共72頁，2024年2月25日，星期天第四節(jié)有絲分裂期周期蛋白B-Cdk1的開關(guān)樣激活第26頁,共72頁，2024年2月25日，星期天一、有絲分裂Cdk1的激活包括了

多個正反饋環(huán)正反饋環(huán)：有絲分裂Cdk1激活的核心第27頁,共72頁，2024年2月25日，星期天二、周期蛋白B-Cdk1的活化與

Cdc25B和周期蛋白A-Cdk磷酸酶Cdc25B僅有Cdc25B單獨就有足夠的活性來驅(qū)動比小量Cdk1更多的激活，可以使Cdc25A和Cdc25C激活或Myt1和Wee1抑制。這可以進(jìn)一步促進(jìn)Cdk1的去磷酸化，最終形成正反饋并將系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到Cdk1活化的狀態(tài)。然而，Cdc25B并不是唯一的觸發(fā)機制，因為小鼠細(xì)胞沒有它也可正常分裂。 第28頁,共72頁，2024年2月25日，星期天二、周期蛋白B-Cdk1的活化與

Cdc25B和周期蛋白A-Cdk周期蛋白A-Cdk復(fù)合物：G2期末段細(xì)胞中周期蛋白A-Cdk活性能輔助磷酸化Cdc25A，Cdc25C，Myt1或Wee1，因此幫助啟動激活周期蛋白B-Cdk1的正反饋環(huán)。人類細(xì)胞中周期蛋白A-Cdk2的抑制延遲了周期蛋白B-Cdk1的激活第29頁,共72頁，2024年2月25日，星期天二、周期蛋白B-Cdk1的活化與

Cdc25B和周期蛋白A-Cdk超敏感現(xiàn)象的抑制：反饋環(huán)可被一些小的、無規(guī)則波動的外界輸入信號而偶然激發(fā)。存在過濾機制，來確保反饋環(huán)只有在合適的時候才開始啟動。還了解尚少。一個推測的可能性是過濾主要是通過在系統(tǒng)中的多個點使用多位點的磷酸化來實現(xiàn)。如Cdc25C的完全激活，只有當(dāng)被Cdks和Plk在多個位點被完全磷酸化時才可能發(fā)生。因此，當(dāng)Cdk或Plk活性產(chǎn)生小的，無規(guī)則的波動而引起低水平的Cdc25C磷酸化時，Cdc25C激活不會發(fā)生。有可能的是，基底水平的磷酸酶活性也可去除這些磷酸化，以減少這些低水平的磷酸化。第30頁,共72頁，2024年2月25日，星期天第五節(jié)有絲分裂調(diào)節(jié)因子的亞細(xì)胞定位第31頁,共72頁，2024年2月25日，星期天一、周期蛋白B1-Cdk1受到其

亞細(xì)胞定位變化的調(diào)節(jié)細(xì)胞周期控制的一個核心概念——也適用于一般意義上的細(xì)胞功能調(diào)節(jié)——是調(diào)控蛋白的功能不僅受到它們內(nèi)在活性變化的控制，也受到細(xì)胞內(nèi)定位變化的調(diào)節(jié)。周期蛋白B1-Cdk1進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)：在前期的末段瞬間進(jìn)入，大部分。周期蛋白B1-Cdk1停留在細(xì)胞質(zhì)：少部分，促進(jìn)其他有絲分裂的過程，如中心體的分開和高爾基體的重構(gòu)。第32頁,共72頁，2024年2月25日，星期天一、周期蛋白B1-Cdk1受到其

亞細(xì)胞定位變化的調(diào)節(jié)與大部分蛋白一樣，周期蛋白B1-Cdk1的核質(zhì)比率受到蛋白核輸入與核輸出相對比例的控制。在有絲分裂前，周期蛋白B1-Cdk1輸入的比率很低而輸出比率較高，因而產(chǎn)生凈的細(xì)胞質(zhì)定位。然而在前期的末段，輸入比率增加而輸出比率降低，使周期蛋白B1-Cdk1在細(xì)胞核內(nèi)聚集。

Cdk1和Plk磷酸化周期蛋白B1和Cdc25C。這就遮蔽了兩個蛋白上的核輸出信號，減少了它們核輸出的比率第33頁,共72頁，2024年2月25日，星期天一、周期蛋白B1-Cdk1受到其

亞細(xì)胞定位變化的調(diào)節(jié)輸出受到稱為核輸出信號的短序列的引導(dǎo)，該序列主要定位在周期蛋白B1的氨基端區(qū)域，該序列能與攜帶周期蛋白B1-Cdk1出核的轉(zhuǎn)運子蛋白Crm1結(jié)合。有絲分裂的早期，核內(nèi)輸出信號上的Ser113被磷酸化，從而阻斷了與Crm1的結(jié)合，減少了輸出比率。第34頁,共72頁，2024年2月25日，星期天二、Cdc25C定位受到磷酸化的調(diào)節(jié)Cdc25C的定位依賴于核輸入與輸出的相對比率。Cdc25C由不同的機制進(jìn)行輸入和輸出，但兩者都受到磷酸化的調(diào)節(jié)。與很多能在核質(zhì)穿梭的蛋白一樣，Cdc25C含有能與核輸入運載體作用的核定位信號，以及能與Crm1輸出因子作用的核輸出信號，這些信號定位在蛋白氨基端區(qū)域的不同部位。Cdc25C在靠近核定位信號的Ser216（人）或Ser287（非洲爪蟾）被磷酸化，為稱為14-3-3的小磷酸化絲氨酸結(jié)合蛋白提供了結(jié)合位點，這就遮蔽了核定位信號，因而減少了Cdc25c的核輸入（不影響核輸出信號）第35頁,共72頁，2024年2月25日，星期天二、Cdc25C定位受到磷酸化的調(diào)節(jié)對作用于Ser216/287的激酶和磷酸酶的了解還比較少。磷酸化這一位點的兩個激酶，Chk1和Chk2，在DNA損傷后激活。它們對Ser216/287的磷酸化可能為DNA損傷而抑制有絲分裂的進(jìn)入提供了理論基礎(chǔ)。

Cdc25C的核輸出信號位于靠近有絲分裂期啟動Cdc25C激活的多個磷酸化位點處。這一區(qū)域的磷酸化——可能受Plk和Cdk1作用——不僅刺激了Cdc25C活性，也遮蔽了核輸出信號，從而減少了核輸出比率。Plk因此似乎也能同時促進(jìn)Cdc25C及其靶標(biāo)周期蛋白B1-Cdk1在細(xì)胞核內(nèi)積累和激活。第36頁,共72頁，2024年2月25日，星期天第七節(jié)Polo和Aurora蛋白激酶家族第37頁,共72頁，2024年2月25日，星期天一、Plks有助于控制紡錘體的組裝

及有絲分裂的退出很多其他蛋白激酶在有絲分裂起始時被激活并有助于控制一系列早期有絲分裂事件。這些有絲分裂激酶中最重要的是polo-like激酶，PlkauroraA和auroraB的蛋白激酶。第38頁,共72頁，2024年2月25日，星期天一、Plks有助于控制紡錘體的組裝

及有絲分裂的退出Plk的氨基端含有與其他激酶相似的蛋白激酶催化結(jié)構(gòu)域，Plk的羧基端則含有成為polo盒結(jié)構(gòu)域，它們能將激酶靶向到特定底物及亞細(xì)胞位置。polo盒結(jié)構(gòu)域?qū)τ谠诘鞍滋囟ㄐ蛄械慕z氨酸或蘇氨酸位點發(fā)生磷酸化的蛋白質(zhì)具有著高度的親和力。第39頁,共72頁，2024年2月25日，星期天一、Plks有助于控制紡錘體的組裝

及有絲分裂的退出Plk在有絲分裂早期被激活：基因表達(dá)增加。特定激活位點被磷酸化

Plks也含有將自身靶向到泛素-蛋白連接酶APCCdh1的序列基序，可使自身在有絲分裂后半段及G1期發(fā)生時被蛋白酶解。第40頁,共72頁，2024年2月25日，星期天一、Plks有助于控制紡錘體的組裝

及有絲分裂的退出Plks在M期前半段和后半段都有著極廣泛的功能，尤其在紡錘體組裝和胞質(zhì)分裂過程中。Plk對于中心體分開和兩極紡錘體的構(gòu)建是必需的。突變果蠅或裂殖酵母的Plk基因，將抗Plk的抗體注射入人或蛙胚胎，可以產(chǎn)生單極或異常的紡錘體。Plk在有絲分裂前半段定位于中心體處，在該位點可進(jìn)一步支持其功能發(fā)揮。第41頁,共72頁，2024年2月25日，星期天一、Plks有助于控制紡錘體的組裝

及有絲分裂的退出在有絲分裂后半段，有絲分裂Cdk1的失活需要有Plk發(fā)揮功能。Plk助于控制胞質(zhì)分裂。脊椎動物細(xì)胞中，Plk在有絲分裂后半段定位于紡錘體中區(qū)，缺乏Plk功能的細(xì)胞不能完成胞質(zhì)分裂。第42頁,共72頁，2024年2月25日，星期天二、aurora激酶與紡錘體功能和

姊妹染色單體分離所有的aurora激酶含有一個相關(guān)的蛋白激酶催化結(jié)構(gòu)域，以及大小和序列不同的氨基端突出。與Plks一樣，這些蛋白的非催化區(qū)域用來調(diào)節(jié)它們的定位與活性。auroraA（綠色）和auroraB（紅色）：整個有絲分裂期間，auroraA位于中心體處。AuroraB在前期和中期使動粒著色，而在末期定位于紡錘體的中間帶上。第43頁,共72頁，2024年2月25日，星期天二、aurora激酶與紡錘體功能和

姊妹染色單體分離auroraA位于中心體及紡錘體上有助于控制兩極紡錘體組裝及穩(wěn)定。果蠅或線蟲中auroraA的突變或抑制脊椎動物細(xì)胞中auroraA的功能，都能產(chǎn)生不穩(wěn)定的有時為單極的紡錘體。AuroraB有助于控制姊妹染色單體的結(jié)構(gòu)及分離：auroraB蛋白在早期有絲分裂時存在于壓縮的染色體臂上，然后在中期中主要集中于著絲粒和動粒。第44頁,共72頁，2024年2月25日，星期天二、aurora激酶與紡錘體功能和

姊妹染色單體分離auroraB至少有兩個功能：第一，它負(fù)責(zé)促進(jìn)染色體壓縮和解散，第二，它有助于控制動粒附著于紡錘體。AuroraB可能也參與胞質(zhì)分裂的調(diào)節(jié)。在姊妹染色單體分離后，auroraB停留在紡錘體的中區(qū)，然后在胞質(zhì)分裂期間位于分裂細(xì)胞的頸部。AuroraB的一些突變或其它缺陷通常會導(dǎo)致胞質(zhì)分裂的失敗。

與Plk類似，aurora激酶在有絲分裂時被激活。auroraA和B的表達(dá)水平與酶活性在有絲分裂時上升，兩者都在多個位點被磷酸化，盡管目前對這些位點磷酸化的功能和負(fù)責(zé)磷酸化這些位點的激酶了解很少。第45頁,共72頁，2024年2月25日，星期天與Cdk1的活性關(guān)系：G2：Cdk1---Plk1---CdK1(正反饋)后末期：APCcdc20---Cdk1---APCcdh1---Plk1、Aurora第46頁,共72頁，2024年2月25日，星期天第八節(jié)有絲分裂的準(zhǔn)備：姊妹染色單體的黏合第47頁,共72頁，2024年2月25日，星期天一、姊妹染色單體黏合的建立在M期開始前很長一段時間，細(xì)胞啟動兩個過程為有絲分裂作出準(zhǔn)備：姊妹染色單體黏合的建立中心體或紡錘體極體的復(fù)制如果姊妹染色單體在S期復(fù)制完成后立即分開而使細(xì)胞面臨的混亂狀態(tài)：在這些情況下，兩條姊妹染色單體分別與相對的紡錘體極的可靠附著很難得到保證——而這是姊妹染色單體精確分離的先決條件。第48頁,共72頁，2024年2月25日，星期天一、姊妹染色單體黏合的建立至少有兩種機制參與姊妹染色單體的黏合：首先是DNA聯(lián)鎖(DNAcatenation):這是復(fù)制的DNA分子廣泛的相互纏繞，這在DNA合成中兩個臨近的復(fù)制叉相遇時才發(fā)生。到中期時，拓?fù)洚悩?gòu)酶II去除大部分這種聯(lián)鎖，因此這個時刻它只對黏合起很小的作用。第49頁,共72頁，2024年2月25日，星期天一、姊妹染色單體黏合的建立第二種黏合機制依賴于稱為黏合素（Cohesin）的蛋白復(fù)合物:當(dāng)DNA合成時，該蛋白將復(fù)制的DNA分子連結(jié)在一起。這些復(fù)合物幾乎單獨就可將中期的姊妹染色單體綁定在一起，他們的去除是中后期轉(zhuǎn)換點姊妹染色單體分離的核心事件。黏合素是四個亞基——Smc1，Smc3，Scc1(α?kleisin)和Scc3的復(fù)合物——它們的氨基酸序列和黏合功能在進(jìn)化中高度保守。對酵母突變體，以及缺失這些蛋白的蛙卵抽提物的研究，提示所有四個黏合亞單位對于姊妹染色單體的黏合十分必需。第50頁,共72頁，2024年2月25日，星期天ThecohesincomplexisformedthroughassociationofanSmc1–Smc3heterodimerwithα?kleisin(Scc1),whichinturnrecruitsScc3/SA,Pds5andWaplsubunits3–5Inmammals,therearetwotypesofSmc1subunit,threetypesofα?kleisin,threetypesofScc3(SA1,SA2andSTAG3)andtwotypesofPds5,creating18possibledifferentcombinations.Severalofthesubunitvariantsarespecifictomeioticcells第51頁,共72頁，2024年2月25日，星期天TheringcycleI—loadinginG1TheringcycleII—establishmentofcohesioninSTheringcycleIII—maintainingcohesionduringG2phaseTheringcycleIV—G?tterd?mmerungordestructionduringmitosis第52頁,共72頁，2024年2月25日，星期天一、姊妹染色單體黏合的建立所有的SMC蛋白，包括Smc1和Smc3，是細(xì)長型包含coiled-coil結(jié)構(gòu)域的蛋白，兩端為球形結(jié)構(gòu)域的，一端具ATP酶活性，另一端具有二聚化結(jié)構(gòu)域。二聚化的結(jié)構(gòu)域允許兩個SMC蛋白相互作用形成V-型二聚體,ATP酶結(jié)構(gòu)域在結(jié)合于ATP時，二聚體上兩個結(jié)構(gòu)域相互作用，產(chǎn)生巨大的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。ATP水解啟動構(gòu)型變化，引起ATP酶結(jié)構(gòu)域的分離。ATP結(jié)合和水解的循環(huán)可能驅(qū)動環(huán)的開放與關(guān)閉。

第53頁,共72頁，2024年2月25日，星期天一、姊妹染色單體黏合的建立SMC蛋白的ATP酶結(jié)構(gòu)域受到與非SMC蛋白作用的調(diào)節(jié)。在黏合素分子里，這些非SMC蛋白是Scc1和Scc3，它們能結(jié)合Smc1和Smc3的ATP酶結(jié)構(gòu)域。黏合素連結(jié)姊妹染色單體的詳細(xì)結(jié)構(gòu)機制還不清楚。很大的一個可能性是黏合環(huán)環(huán)繞住兩條姊妹染色單體。黏合素的功能可能不僅依賴于與DNA或核小體的直接相互作用，也依賴于其他染色質(zhì)蛋白。這從酵母中得到的證據(jù)表明，動粒和異染色質(zhì)蛋白對于著絲粒區(qū)域的黏合是必需的。第54頁,共72頁，2024年2月25日，星期天二、黏合的建立發(fā)生在DNA復(fù)制期連結(jié)姊妹染色單體的黏合在S期建立，并似乎與DNA的復(fù)制緊密聯(lián)系。黏合素復(fù)合物在復(fù)制開始前（G1）就與染色體相結(jié)合，但是度過S期后必須將這些復(fù)合物轉(zhuǎn)換成連結(jié)復(fù)制的姊妹染色單體直到中期的黏合結(jié)構(gòu)。如果將酵母細(xì)胞改造成黏合素到S期之后才表達(dá)，則不會發(fā)生姊妹染色單體的黏合，提示只有在S期形成黏合復(fù)合物的情況下，黏合才會形成。第55頁,共72頁，2024年2月25日，星期天二、黏合的建立發(fā)生在DNA復(fù)制期我們對黏合復(fù)合物是如何在G1期被初始裝載到染色體上，或者它們?nèi)绾卧赟期間進(jìn)行重排以建立黏合作用的機制了解很少。已知SMC亞單位的ATP酶結(jié)構(gòu)域能結(jié)合DNA，所以設(shè)想黏合復(fù)合物與染色體的最初的聯(lián)系是，或部分是由這種相互作用介導(dǎo)。假定ATP的結(jié)合和水解對于ATP酶結(jié)構(gòu)域的構(gòu)象十分重要，這些結(jié)構(gòu)域ATP酶活性的調(diào)節(jié)就為黏合指環(huán)在S期圍繞姊妹染色單體的開放與關(guān)閉提供了理論基礎(chǔ)。第56頁,共72頁，2024年2月25日，星期天二、黏合的建立發(fā)生在DNA復(fù)制期當(dāng)染色體復(fù)制將要完成的時候，黏合復(fù)合物以10-15kb間距沿著姊妹染色單體臂排列，著絲粒區(qū)域處黏合濃度較高——似乎是高水平的異染色質(zhì)負(fù)責(zé)了黏合的維持。著絲粒處的高黏合度可能在對抗有絲分裂紡錘體對這一區(qū)域施加的拉力方面至關(guān)重要。第57頁,共72頁，2024年2月25日，星期天二、黏合的建立發(fā)生在DNA復(fù)制期有絲分裂的核心目的是將復(fù)制的姊妹染色單體分布到兩個子細(xì)胞核中。這就顯然要求染色單體的分離。盡管在分離過程中最終的也是最重要的步驟發(fā)生在后期開始時，姊妹染色單體黏合的解散很早前就開始，即S期當(dāng)拓?fù)洚悩?gòu)酶II開始解開聯(lián)鎖的姊妹DNA分子時。DNA的解聯(lián)鎖在整個G2期繼續(xù)進(jìn)行，一直持續(xù)到有絲分裂早期前解聯(lián)鎖才在染色質(zhì)臂上大致完成。有些聯(lián)鎖尤其是著絲粒處的聯(lián)鎖一直可以持續(xù)到中期末。將拓?fù)洚悩?gòu)酶II突變或化學(xué)抑制可造成后期姊妹染色單體分離的缺陷。第58頁,共72頁，2024年2月25日，星期天第九節(jié)有絲分裂的進(jìn)入：姊妹染色單體的壓縮和解散第59頁,共72頁，2024年2月25日，星期天一、染色體的壓縮與解散有絲分裂的進(jìn)入需啟動兩個平行發(fā)生的主要過程。姊妹染色單體分離作的準(zhǔn)備：染色體壓縮有絲分裂紡錘體的組裝當(dāng)S期完成時，DNA和蛋白雜亂糾結(jié)，DNA易斷裂。間期染色體的巨大長度使在胞質(zhì)分裂時被切斷。Howtodealthis？第60頁,共72頁，2024年2月25日，星期天一、染色體的壓縮與解散姊妹染色單體被系統(tǒng)壓縮成結(jié)實的桿狀結(jié)構(gòu)，這樣就不可能相互纏繞，并且足夠短以確保染色質(zhì)臂在胞質(zhì)分裂前安全進(jìn)入未來的子細(xì)胞中。相互纏繞的姊妹染色單體也通過姊妹染色單體解散過程而重新組織成可以在后期很容易被拉開的不同單位。解散依賴于姊妹染色單體DNA的解聯(lián)鎖以及將姊妹染色單體綁定在一起的黏合復(fù)合物的部分重排或丟失。姊妹染色單體的壓縮和解散通常在有絲分裂前半段平行發(fā)生。第61頁,共72頁，2024年2月25日，星期天一、染色體的壓縮與解散早前期：兩個姊妹染色單體壓縮形成不明顯的長桿狀染色體前中期和中期：壓縮與解體持續(xù)并行發(fā)生，染色單體緊密而清晰。在這些過程中，大部分黏合復(fù)合物從姊妹染色單體臂上脫落后期姊妹染色單體的分離主要依賴于著絲粒處黏合的喪失第62頁,共72頁，2024年2月25日，星期天二、壓縮素復(fù)合物啟動染色體

壓縮和解散壓縮素(condensin)，五個亞單位構(gòu)成的蛋白復(fù)合物，它在結(jié)構(gòu)及功能上與黏合復(fù)合物相關(guān)。壓縮素亞單位Smc2和Smc4是SMC家族的成員，能在臂末端與球狀A(yù)TP酶結(jié)構(gòu)域形成Y-型異源二聚體。壓縮素的結(jié)構(gòu)完整性及功能依賴于三個非SMC亞基，分為稱為CAP-D2，CAP-G，CAP-H。第63頁,共72頁，2024年2月25日，星期天二、壓縮素復(fù)合物啟動染色體

壓縮和解散動物細(xì)胞有兩個壓縮素復(fù)合物，稱為壓縮素I和II，它們含有相同的SMC異源二聚體（Smc1-Smc3），但非SMC亞基不同。壓縮素I包含上述的三個非SMC亞基：CAP-D2，CAP-G，CAP-H而壓縮素II含有與之相關(guān)的非SMC亞基：CAP-D3，CAP-G2，CAP-H2第64頁,共72頁，2024年2月25日，星期天二、壓縮素復(fù)合物啟動染色體

壓縮和解散CAP-H是kleisin家族蛋白的遠(yuǎn)源相關(guān)成員，該家族蛋白包括黏合素的Sc