CENP-E与Aurora激酶通过动粒-中心体反馈调控染色体列队的新机制

本研究揭示了染色体列队过程中动粒与中心体之间的反馈调控机制。研究人员发现当CENP-E失活时，中心体通过Aurora A激酶梯度增强动粒处Aurora B活性，导致KMN网络超磷酸化而阻碍微管稳定附着；而消除中心体或抑制Aurora A则能使染色体在无CENP-E条件下完成列队。该发现阐明了染色体运动时空调控的分子基础，为理解肿瘤细胞染色体不稳定性提供了新视角。

在细胞有丝分裂过程中，染色体需要精确排列在纺锤体赤道板上，这一过程称为染色体列队（congression），是确保遗传物质均等分配的关键环节。长期以来，动粒马达蛋白CENP-E（Centromere-associated protein E）被认为是推动染色体向赤道板移动的关键分子，而Aurora B激酶则被发现既能抑制又能促进列队过程，这种矛盾现象暗示着存在更复杂的调控网络。特别是在人类肿瘤细胞中，靠近纺锤体极的染色体经常出现列队延迟现象，导致有丝分裂时间延长和染色体错误分离，这已成为染色体不稳定性（chromosomal instability）研究的重要问题。

发表在《Nature Communications》的这项研究通过多学科技术手段，揭示了中心体通过Aurora激酶与CENP-E组成的反馈回路调控染色体列队起始的新机制。研究人员发现，当CENP-E功能缺失时，靠近中心体的染色体列队启动受到显著抑制，而这种抑制效应与中心体数量直接相关。通过系统性分析不同中心体数量条件下的染色体运动轨迹，研究团队发现这一现象源于Aurora A激酶在中心体周围形成的活性梯度对动粒微管附着的精细调控。

研究采用的关键技术方法包括：利用Plk4激酶抑制剂centrinone构建不同中心体数量的纺锤体模型；通过RNA干扰、化学抑制剂处理和磷酸化突变体表达等多重手段调控CENP-E和Aurora激酶活性；结合晶格层光显微镜（LLSM）、STED超分辨显微镜和Airyscan超分辨成像等先进活细胞成像技术，实现对动粒-微管附着状态的动态监测；采用磷酸化特异性抗体定量分析KMN网络组分（Knl1、Hec1等）的磷酸化水平变化。实验主要使用非转化的人RPE-1细胞系和骨肉瘤U2OS细胞系，其中HeLa细胞用于Hec1-9A磷酸化突变体的功能验证。

中心体在CENP-E失活时延迟列队起始

研究人员首先通过慢性抑制Plk4激酶获得具有不同中心体数量的纺锤体（2:2、1:1、1:0和0:0），并结合CENP-E抑制或敲降处理。结果发现，在CENP-E功能缺失条件下，带有中心体的纺锤体极（1:1和2:2）比无中心体极（1:0和0:0）保留更多极性染色体，且这些染色体在中心体极的滞留时间显著延长。有趣的是，在罕见的中心体自发脱离纺锤体极的情况下，原本滞留的极性染色体会立即启动列队，表明中心体的存在本身（而非长期Plk4抑制效应）是抑制列队起始的关键因素。

中心体调控列队起始但不影响列队运动动力学

通过比较不同中心体数量纺锤体中染色体列队速度，研究发现尽管中心体数量影响列队起始概率，但一旦染色体开始移动，其向赤道板运动的速度在各类纺锤体间无显著差异。在表达CENP-E磷酸化位点突变体（T422A）的U2OS细胞中，也观察到极性染色体优先聚集在带有中心体的纺锤体极，进一步证实CENP-E依赖性染色体列队存在向中心体极的空间偏倚。

中心体附近过度激活的Aurora B增加KMN磷酸化并延迟无CENP-E时的列队

为解析中心体抑制列队起始的分子机制，研究人员检测了不同中心体数量条件下Aurora A活性（pT288）的分布。发现无中心体极的Aurora A磷酸化水平比有中心体极低约4倍，且这种差异与CENP-E状态无关。更重要的是，在CENP-E抑制条件下，靠近中心体极的极性动粒上Aurora B（pT232）及其下游靶点Knl1（pS24/pS60）的磷酸化水平显著高于已列队动粒或无中心体极的极性动粒。这表明中心体处高Aurora A活性通过过度激活动粒局部Aurora B，导致KMN网络超磷酸化，从而阻碍微管稳定附着。

中心体处Aurora A过度激活动粒上的Aurora B

通过急性抑制CENP-E后再处理Aurora A特异性抑制剂（MLN8054、TCS7010），发现Aurora A抑制能显著降低极性动粒上的Aurora B磷酸化水平，使其达到与已列队动粒相当的程度。同时，Aurora A抑制还能减少极性染色体数量并引起纺锤体缩短。超分辨成像进一步证实，MLN8054处理能使CENP-E抑制细胞中多数动粒形成末端微管附着，说明Aurora A确实通过调控Aurora B活性影响微管附着稳定性。

组成型Hec1去磷酸化足以在无CENP-E条件下诱导列队

研究人员利用可诱导表达GFP-Hec1-9A（模拟9个磷酸化位点持续去磷酸化）的HeLa细胞模型，发现在内源Hec1存在条件下，Hec1-9A过表达无法挽救CENP-E缺失导致的列队缺陷。然而，在内源Hec1被敲降的前提下，Hec1-9A表达能显著改善CENP-E敲降细胞的染色体列队，使染色体展布和极性染色体数量恢复到正常水平。值得注意的是，Hec1-9A无法挽救CENP-E抑制剂引起的列队缺陷，这可能与CENP-E抑制导致的纤维冠（fibrous corona）过度扩张干扰微管附着有关。

研究最终提出一个空间调控模型：在CENP-E存在时，其马达活性促进末端微管附着稳定化，从而降低Aurora B活性，有利于纤维冠拆卸和列队起始；而当CENP-E缺失时，中心体处高Aurora A活性通过过度激活Aurora B，导致KMN网络超磷酸化和纤维冠扩张，阻碍微管稳定附着。这种动粒-中心体反馈机制确保了染色体列队的时空控制，即靠近中心体的染色体需要CENP-E来克服局部高Aurora激酶活性带来的抑制效应。

该研究的创新性在于揭示了Aurora激酶与CENP-E之间存在的双向调控回路，挑战了传统认为动粒信号仅被动响应微管附着状态的观点。这一机制可能解释为何在中心体超数的肿瘤细胞中，靠近 coalesced 纺锤体极的染色体经常出现列队延迟，以及为何Aurora A激酶过表达的人类癌症中常见染色体不稳定性现象。研究为理解有丝分裂核心事件的调控网络提供了新框架，也为开发针对染色体不稳定性相关疾病的治疗策略提供了潜在靶点。