CENP-E通过拮抗Aurora激酶促进末端附着以启动染色体列队

本研究针对染色体列队起始机制这一有丝分裂核心问题，通过系统性研究揭示了驱动蛋白CENP-E通过BubR1依赖性方式拮抗Aurora激酶活性，促进末端微管附着稳定的新机制。研究人员采用晶格光片显微镜等前沿技术，发现CENP-E并非直接驱动染色体运动，而是通过调控Aurora激酶磷酸化水平启动列队过程，建立了染色体列队与双定向的内在耦合模型，为理解染色体分离准确性调控提供了新范式。

细胞分裂是生命延续的基础，而染色体精确分离是保证遗传信息正确传递的关键。在这一精密过程中，染色体需要移动到纺锤体赤道板排列，这一过程称为染色体列队（congression）。位于纺锤体极区的极性染色体（polar chromosomes）的列队尤其依赖于动粒驱动蛋白CENP-E（着丝粒相关蛋白-E），但具体机制长期以来存在争议。

传统观点认为，CENP-E通过其微管正端定向的马达活性，驱动侧向附着微管的动粒向赤道板滑动，这一过程与染色体双定向（biorientation）无关。然而，这一模型无法解释多个矛盾现象：CENP-E缺失时极性染色体仍能启动移动但无法正确排列；完全缺失CENP-E时列队虽然显著延迟但仍能发生；Aurora激酶既通过磷酸化激活CENP-E又抑制末端附着（end-on attachments）形成。这些矛盾表明，染色体列队的关键分子机制仍有待阐明。

在这项发表于《Nature Communications》的研究中，Kruno Vukusic和Iva M. Tolic团队通过系统性实验提出了全新的染色体列队模型。他们发现CENP-E并不直接驱动染色体运动，而是通过拮抗Aurora激酶活性来启动列队过程。这一发现解决了领域内长期存在的矛盾，建立了染色体列队与双定向之间的内在联系。

研究人员运用了几项关键技术：晶格光片显微镜（LLSM）实现长时间、低光毒性的活细胞成像，能够同时观察大量染色体列队事件；STED超分辨率显微镜直接观察微管附着类型的转变；可逆化学抑制、蛋白质敲降和磷酸化突变体表达等多种扰动手段，结合活细胞追踪分析，系统解析了CENP-E在染色体列队中的具体作用机制。

CENP-E仅对染色体列队运动的起始至关重要

通过可逆抑制CENP-E活性并结合长时间活细胞成像，研究发现CENP-E缺失或抑制虽然延迟但并不阻止染色体列队。极性染色体一旦开始移动，其向赤道板运动的速度在CENP-E活性存在或缺失条件下无显著差异。然而，CENP-E扰动条件下，只有约20%的极性动粒在纺锤体伸长后30分钟内启动列队，而CENP-E再激活可使这一比例提高至85%以上。这表明CENP-E主要参与列队起始而非运动过程。

列队起始速度由末端附着形成速率决定

通过监测SAC蛋白Mad2的动态变化，发现CENP-E再激活后，极性动粒上的Mad2信号在染色体快速运动开始前就开始下降，表明末端附着的形成先于染色体运动。Mad2下降速率与30分钟内的列队速度呈正相关，说明末端附着形成速率决定了列队起始速度。

列队染色体以末端附着的逐渐稳定和纤维冠的持续剥离为特征

STED超分辨率成像显示，CENP-E再激活后，极性染色体经历从侧向附着（lateral attachments）到末端附着的逐渐转变。随着与中心体距离的增加，动粒间距离和双定向动粒比例逐渐增加，在距离约2.5μm时几乎全部极性动粒实现双定向。Astrin（稳定末端附着标志物）水平随着动粒靠近赤道板而逐渐增加，而CENP-E（纤维冠标志物）水平则逐渐下降，呈现相互排斥的定位模式。

纤维冠扩张延迟CENP-E缺失时的染色体列队起始

CENP-E抑制导致极性动粒上Mad2和CENP-E水平显著升高，表明纤维冠（fibrous corona）过度扩张。CENP-E敲降也导致ZW10（RZZ复合体成分，纤维冠标志物）在极性动粒上的过度募集，而外动粒标志物Mis12水平不变。这表明CENP-E缺失时纤维冠扩张抑制了末端附着转换和染色体列队。

Aurora激酶延迟CENP-E缺失时的列队起始

在CENP-E抑制或敲降基础上急性抑制Aurora B，可立即诱导极性染色体启动列队，大多数在30分钟内完成列队。Aurora A抑制也能诱导列队但速度较慢。其他分子扰动如Plk1抑制、Bub1或Haspin抑制等均不能诱导列队。BubR1敲降完全阻断Aurora B抑制诱导的列队，表明BubR1对列队起始至关重要且独立于CENP-E招募功能。

CENP-E以BubR1依赖性方式启动染色体列队

PP1/PP2A抑制不影响CENP-E再激活诱导的列队。Aurora B抑制条件下，CENP-E再激活仍能诱导大多数极性染色体列队。Spindly敲降（促进末端附着过早稳定）显著降低CENP-E再激活诱导的列队效率。BubR1敲降完全阻断CENP-E再激活诱导的列队。

CENP-E以Hec1依赖性方式启动染色体列队

Hec1敲降导致染色体严重错排列，HSET共敲降可改善排列，但额外CENP-E敲降导致严重错排列。染色体排列效果与动粒上残留Hec1水平密切相关，极低Hec1水平下染色体错排列严重。活细胞成像显示Hec1敲降细胞中极性染色体运动不受CENP-E失活影响。

本研究提出了一个全新的染色体列队调控模型：CENP-E通过BubR1依赖性方式拮抗Aurora激酶活性，促进初期末端附着的稳定化。Aurora激酶通过磷酸化KMN网络组分和促进纤维冠扩张抑制末端附着形成，而CENP-E-BubR1复合体通过下调Aurora激酶活性，促进末端附着稳定、纤维冠剥离和染色体列队启动。

这一模型统一了染色体运动机制，表明染色体列队本质上与双定向相耦合，CENP-E作为关键连接点，Aurora激酶作为核心调控元件。研究不仅解决了长期存在的机制争议，还为理解癌症等疾病中染色体不稳定性提供了新视角，具有重要的理论意义和潜在的应用价值。