In den meisten Eukaryoten müssen Spindelmikrotubuli an einer einzigen Region jedes Chromosoms, die als Zentromer bezeichnet wird, befestigt werden. Der Kinetochor ist ein Komplex von Proteinen, die sich am Zentromer befinden. Die Untersuchung des Timings der Bewegungen von Zentromer und Kinetochorei und der Struktur von Kinetochoren und Zentromeren ist wichtig für das Verständnis der Chromosomeninstabilität (CIN) und der Krebsprogression. Die wichtigsten Fragen sind, wie die chromosomale Lage und Funktion eines Zentrimers (d.h. die Zentromeridentität) bestimmt wird und wie sie an der genauen Chromosomensegregation beteiligt sind. Bei den meisten Arten definiert das Vorhandensein eines speziellen Nukleosoms, das ein spezifisches Histon-ähnliches Protein namens CENP-A enthält, die Zentromeridentität. Daher wird vorgeschlagen, dass CENP-A der Nicht-DNA-Indikator (epigenetische Markierung) der Zentrimeridentität ist. Es ist wichtig, den Mechanismus zu klären, wie CENP-A die Zentromeridentität beim Menschen definiert.
Das Holliday Junction Recognition Protein (HJURP) ist der CENP-A-spezifische Chaperon, der CENP-A in zentromere Nukleosomen1,2,3ablagert. Wir haben bereits berichtet, dass die CUL4A-RBX1-COPS8 E3 Ligase für die CENP-A-Ubiquitylierung auf Lysin 124 (K124) und Zentromerlokalisierung4erforderlich ist. Außerdem zeigten unsere Ergebnisse, dass die Zentromerrekrutierung von neu synthetisiertem CENP-A bereits bestehende, ubiquitylierte CENP-A5erfordert. So wurde ein Modell zur Verfügung gestellt, das darauf hindeutet, dass die CENP-A-Ubiquitylierung durch Dimerisierung zwischen Zellteilungen vererbt wird.
Im Gegensatz zu unseren Erkenntnissen und denen von Yu et al. wurden kürzlich negative Ergebnisse in Bezug auf das CENP-A und seine zentromere Lokalisierung veröffentlicht6. Der Artikel behauptete, dass CENP-A-Modifikationen an Lysin 124 (K124) für die Etablierung, Wartung und Langzeitfunktion menschlicher Zentromere entbehrlich sind, basierend auf ihren negativen Ergebnissen, die zeigen, dass die Mutation von K124R weder die CENP-A-Zentromer-Lokalisierungnoch dieZelllebensfähigkeit beeinflusst eklaten. In ihren Ergebnissen und Schlussfolgerungen gibt es jedoch genügend Raum für Debatten, und wir haben bereits in ihrer vorherigen Veröffentlichung7beschrieben, welches Problem es geben könnte. Es sollte darauf geachtet werden, dass sie Proteine mit CENP-A verschmolzen, die viel größere Molekulargewichte haben als die Größe des endogenen CENP-A: Z.B. verschmolzen sie 30 kDa verbessertes gelbes Fluoreszenzprotein (EYFP) zu 16 kDa CENP-A und analysierte EYFP-CENP-A K124R-Fusionsprotein in ihrem RPE-1 CENP-A-/F-Knockout-System.-/F Es wird nicht erwartet, dass K124-Ubiquitin direkt an HJURP auf der Grundlage struktureller Vorhersagen4bindet, jedoch wird die Zugabe von Mono-Ubiquitin einen Einfluss auf die Proteinkonformation von CENP-A haben. Das Protein der CENP-A-Konformation kann durch das Vorhandensein eines großen Fusionsproteins verändert werden, und diese Konformationsänderung kann die strukturellen Veränderungen verschleiern, die durch den Verlust der Ubiquitylierung verursacht werden. Wir schlagen vor, dass die Fusion von großformatigem Protein eine Ubiquitylierung bei einem anderen Lysin als K124 in EYFP-CENP-A K124R Mutant induziert und diese Ubiquitylierung an einem anderen Standort den ursprünglichen K124R-Einzelmutanten-Phänotyp hemmt/maskiert. Beweise dafür, dass Ubiquitylierung bei unterschiedlichem Lysin im CENP-A K124R-Mutantenprotein mit einem großen Tag-Protein (EYFP) auftritt, wurde in unserer vorherigen Publikation8berichtet. Es wurde festgestellt, dass EYFP-Tagging eine Ubiquitination einer anderen Lysin-Site von EYFP-CENP-A K124R induziert und dass EYFP-CENP-A K124R Mutant an HJURP bindet. Infolgedessen hemmt/maskiert diese Ubiquitylierung an einem anderen Standort den ursprünglichen K124R-Einzelmutanten-Phänotyp, und sowohl EYFP-CENP-A WT als auch K124R-Mutationzeigten zeigten zentrominische Lokalisation (wir verwendeten und verglichen pBabe-EYFP-CENP-A WT und K124R Mutant, zusammen mit pBabe-EYFP-Steuerung). Die Ergebnisse zeigten, dass mit Flaggen markierte oder nicht markierte CENP-A K124R-Mutationen tödlich sind, aber durch eine Monoubiquitin-Fusion gerettet werden können, was darauf hindeutet, dass Die CENP-A-Ubiquitylierung für die Zelllebensfähigkeit unerlässlich ist.
In den letzten Jahren haben viele Studien verschiedene Assays entwickelt, um posttranslationale Modifikationen (PTMs) von CENP-A-Proteinen und anderen Zentromer-Kinetochor-Proteinen sowohl in vivo als auch in vitro9,10,11zu identifizieren. Analog zu den PTMs von Histonproteinen, die ein wichtiger Mechanismus zur Regulierung der Funktion von Chromatin sind, sind PTMs von zentromerem Chromatin-Komponenten auch an einem wesentlichen Mechanismus zur Regulierung der Gesamtstruktur und Funktion von Zentromeren beteiligt. Die meisten CENP-A PTM-Standorte sind spezifisch für CENP-A-haltige Nukleosomen, obwohl einige von ihnen in Histon H3 konserviert werden, was darauf hindeutet, dass eine Modifikation dieser Rückstände zur zentrominspezifischen Funktion beiträgt. PTMs von CENP-A einschließlich Phosphorylierung, Acetylierung, Methylierung und Ubiquitylierung wurden zuvor9berichtet, was darauf hindeutet, dass CENP-A einer Vielzahl von PTMs und ihren kombinatorischen Arrays auf seiner Amino-Terminus- und C-Terminus-Histon-Domäne unterworfen ist. Die Bedeutung von CENP-A Modifikationen in mehreren Funktionen wurde von vielen Gruppen, einschließlich unserer, deutlich. Diese Funktionen umfassen CENP-A-Ablagerungen an Zentromeren, Proteinstabilität und Rekrutierung des CCAN (konstitutives Zentromer-assoziiertes Netzwerk)9. Allerdings werden begrenzte Studien und Ergebnisse von CENP-A PTMs vorgeformt, wenn Vergleiche mit einem kanonischen Histon enden, die ihre Funktion direkt oder indirekt regulieren. Technische Berichte, die sich auf die Methodik zur Identifizierung dieser CENP-A-PTMs konzentrieren, sind ebenfalls begrenzt.
Da CENP-A-Ubiquitylierung für die CENP-A-Abscheidung am Zentromer12erforderlich ist, die durch Dimerisierung zwischen Zellteilung5vererbt wird und für die Zelllebensfähigkeit8unverzichtbar ist, wäre die Methode zur Identifizierung der CENP-A-Ubiquitylierung in Zukunft unerlässlich, um die funktionelle Aktivität, Positionierung und Struktur des Zentromers zu untersuchen. Daher beschreiben wir hier die Massenspektrometrieanalyse, um die Ubiquitylierung von EYFP-CENP-A K124R Mutant zu identifizieren, was darauf hindeutet, dass das EYFP-Tagging eine Ubiquitylierung bei einem anderen Lysin im CENP-A K124R Mutant protein8induziert. Protokolle anderer Kontrolltests und -analysen (Immunfluoreszenzanalyse, Kolonie-Auswuchs-Assay und In-vivo-Ubiquitylierungstest) werden ebenfalls vorgestellt, um die Ergebnisse der großen Massenspektrometrie-Analyse richtig zu diskutieren.