揭示UHRF1调控有丝分裂纺锤体结构和染色体行为的新机制

核蛋白 UHRF1（ubiquitin-like with PHD and ring finger domains 1）是一个具有五个结构域的表观遗传调控因子，其通过与结构域结合的蛋白协同作用维持 DNA 甲基化以及组蛋白修饰。此外，UHRF1 调控细胞周期转换与细胞增殖，在增殖活跃的细胞，包括多种癌症组织和细胞中异常高表达，作为一个癌基因促进肿瘤发展。反之，下调 UHRF1 提高了本在肿瘤细胞中沉默的 p53/p21Cip1/WAF1 表达，因而激活了 DNA 损伤反应，使细胞周期阻滞在 G1/S 期。此外，另一个报道显示 UHRF1 下调激活 DNA 损伤反应、导致 G2/M 期阻滞、诱导 Caspase 8 依赖的细胞凋亡。然而，UHRF1 在 G2/M 细胞周期转换中扮演的角色，特别是调控有丝分裂进程的具体机制仍未揭示。

研究人员首先发现敲低 UHRF1 导致了细胞有丝分裂阻滞，同时这些细胞的染色体在中期赤道板上呈现出异常的不对称排列，提示 UHRF1 可能参与调控细胞有丝分裂正常进程，特别是组装双极纺锤体和维持染色体结构，从而保证基因组的稳定性。通过细胞免疫荧光，研究人员观察到 UHRF1 敲低后，中期纺锤体的长度明显缩短，纺锤体中部的微管束向外部呈放射状分散或扭曲，同时星状体的荧光信号强度也显著增强，在 UHRF1 敲低的细胞中过表达突变体 UHRF1ΔRING 也获得了相同表型。

随后利用质谱、免疫共沉淀和 GST-pull down 实验，研究人员发现并验证了 UHRF1 的 RING 结构域与 EG5 的 C-端 tail 结构域在有丝分裂期可发生直接相互作用。进一步深入探究了蛋白质互作后的生物学功能，结果表明造成该细胞表型的原因是 UHRF1 诱导 EG5 在 K1034 位点发生了 K63 多泛素化修饰，该修饰进一步促进了 EG5 与纺锤体装配因子 TPX2 的相互作用，从而确保有丝分裂中期 EG5 在纺锤体上的精确分布。因此，当在 EG5 稳转敲低的 DU145 细胞中分别过表达 EG5 WT 和 EG5 K1034R 后，相较于 EG5 WT，过表达 EG5 K1034R 细胞周期仍阻滞于有丝分裂期，同时观察到明显的纺锤体缺陷和染色体排列不均，证明 UHRF1 的确通过对 EG5 的 K1034 位点泛素化修饰调控了细胞周期、染色体在中期赤道板上排列，以及维持了双极纺锤体结构。

图1.文章模式图

此项研究首次阐明了 UHRF1 作为一个核蛋白，在有丝分裂期通过催化 EG5 蛋白多泛素化，从而参与双极纺锤体组装和染色质结构的新功能。这种功能是完全独立于其在细胞核内行使表观遗传调控和 DNA 损伤修复的作用。该研究揭示了 UHRF1 调控有丝分裂纺锤体结构和染色体行为的新机制，并为 UHRF1 作为潜在的抗癌药物靶点提供了理论证据。