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/p21^Cip1/WAF1表达，因而激活了DNA损伤反应，使细胞周期阻滞在G1/S期 [1，2]。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 [3] 。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。

该研究首次揭示了UHRF1作为核蛋白，在有丝分裂期在细胞核外通过催化驱动蛋白EG5的 K1034位点多泛素化，进而调控双极纺锤体组装和染色体结构的新功能，为UHRF1下调导致的G2/M细胞周期阻滞从机制上提供了理论证据。

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UHRF1^ΔRING也获得了相同表型。

图1. UHRF1细胞有丝分裂阻滞的影响

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2. UHRF1通过对EG5的K1034位点泛素化修饰调控细胞周期、染色体在中期赤道板上排列

文章结论与讨论，启发与展望

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。