U większości eukariontów mikrotubule wrzecionowate muszą przyczepiać się do pojedynczego regionu każdego chromosomu, określanego jako centromer. Kinetochor to kompleks białek, które znajdują się w centromerze. Badanie czasu ruchów centromerów i białek kinetochorowych oraz struktury kinetochorów i centromerów jest ważne dla zrozumienia niestabilności chromosomów (CIN) i progresji raka. Kluczowe pytania dotyczą tego, w jaki sposób określa się lokalizację i funkcję chromosomów centromerów (tj. tożsamość centromerów) oraz w jaki sposób uczestniczą one w dokładnej segregacji chromosomów. U większości gatunków obecność specjalnego nukleosomu zawierającego specyficzne białko podobne do histonów zwane CENP-A określa tożsamość centromerów. W związku z tym proponuje się, że CENP-A jest nie-DNA wskaźnikiem (znacznikiem epigenetycznym) tożsamości centromerów. Ważne jest, aby wyjaśnić mechanizm, w jaki sposób CENP-A definiuje tożsamość centromerów u ludzi.
Białko rozpoznające złącze Hollidaya (HJURP) to opiekun specyficzny dla CENP-A, który deponuje CENP-A w centromerowych nukleosomach1,2,3. Wcześniej informowaliśmy, że ligaza CUL4A-RBX1-COPS8 E3 jest wymagana do ubikwitylacji CENP-A na lizynie 124 (K124) i lokalizacji centromerów4. Ponadto nasze wyniki pokazały, że rekrutacja centromerów nowo zsyntetyzowanego CENP-A wymaga wcześniej istniejącego ubikwitylowanego CENP-A5. W związku z tym dostarczono model sugerujący, że ubikwitylacja CENP-A jest dziedziczona poprzez dimeryzację między podziałami komórkowymi.
W przeciwieństwie do naszych ustaleń oraz wyników Yu et al., ostatnio opublikowano negatywne wyniki dotyczące CENP-A i jego lokalizacji centromerowej6. W artykule stwierdzono, że modyfikacje CENP-A lizyny 124 (K124) są zbędne dla ustanowienia, utrzymania i długotrwałego funkcjonowania ludzkich centromerów, w oparciu o ich negatywne wyniki pokazujące, że mutacja K124R nie wpłynęła na lokalizację centromerów CENP-A ani na żywotność komórek6. Jest jednak wystarczająco dużo miejsca na dyskusję w ich wynikach i wnioskach, a jaki problem może wystąpić już w ich poprzedniej publikacji7. Należy zwrócić uwagę, że połączyli białka z CENP-A, które mają znacznie większą masę cząsteczkową niż rozmiar endogennego CENP-A: np. połączyli białko żółtej fluorescencji o masie ~30 kDa (EYFP) do ~16 kDa CENP-A i przeanalizowali białko fuzyjne EYFP-CENP-A K124R w swoim systemie nokautującym RPE-1 CENP-A-/F. Nie oczekuje się, że ubikwityna K124 wiąże się bezpośrednio z HJURP na podstawie przewidywań strukturalnych4, jednak przewiduje się, że dodanie mono-ubikwityny będzie miało wpływ na konformację białka CENP-A. Białko konformacji CENP-A może być zmienione przez obecność dużego białka fuzyjnego, a ta zmiana konformacyjna może maskować zmiany strukturalne spowodowane utratą ubikwitylacji. Sugerujemy, że fuzja białka o dużych rozmiarach indukuje ubikwitylację lizyny innej niż K124 w mutancie EYFP-CENP-A K124R, a ta ubikwitylacja w innym miejscu hamuje / maskuje oryginalny fenotyp pojedynczego mutanta K124R. Dowody na to, że ubikwitylacja zachodzi przy różnych lizynach w zmutowanym białku CENP-A K124R z białkiem dużego znacznika (EYFP), zostały przedstawione w naszej poprzedniej publikacji8. Stwierdzono, że znakowanie EYFP indukuje ubikwitynację innego miejsca lizyny EYFP-CENP-A K124R i że mutant EYFP-CENP-A K124R wiąże się z HJURP. W rezultacie, ta ubikwitylacja w innym miejscu hamuje/maskuje oryginalny fenotyp pojedynczego mutanta K124R, a zarówno mutanty EYFP-CENP-A WT, jak i K124R wykazały lokalizację centromerów (użyliśmy i porównaliśmy mutanta pBabe-EYFP-CENP-A WT i K124R, wraz z kontrolą pBabe-EYFP). Wyniki wykazały, że mutanty CENP-A K124R znakowane lub nieoznakowane są śmiertelne, ale można je uratować przez fuzję monoubikwityny, co sugeruje, że ubikwitylacja CENP-A jest niezbędna do żywotności komórek.
W ostatnich latach wiele badań opracowało różne testy do identyfikacji modyfikacji potranslacyjnych (PTM) białka CENP-A i innych białek centromer-kinetochoru zarówno in vivo, jak i in vitro9,10,11. Analogicznie do PTM białek histonowych, które są głównym mechanizmem regulującym funkcję chromatyny, PTM składników chromatyny centromerowej są również zaangażowane w niezbędny mechanizm regulacji ogólnej struktury i funkcji centromerów. Większość miejsc CENP-A PTM jest specyficzna dla nukleosomów zawierających CENP-A, chociaż kilka z nich jest konserwatywnych w histonie H3, co sugeruje, że modyfikacja tych reszt przyczynia się do funkcji specyficznej dla centromeru. PTM CENP-A, w tym fosforylacja, acetylacja, metylacja i ubikwitylacja, były wcześniej opisywane9, co sugeruje, że CENP-A jest poddawany różnym PTM i ich układom kombinatorycznym na swoim końcu aminowym i domenie fałdowania histonów C-końca. Znaczenie modyfikacji CENP-A w wielu funkcjach zostało ujawnione przez wiele grup, w tym naszą. Funkcje te obejmują depozycję CENP-A w centromerach, stabilność białka i rekrutację CCAN (konstytutywnej sieci związanej z centromerami)9. Jednak ograniczone badania i odkrycia dotyczące PTM CENP-A są tworzone, w których dokonuje się porównań z jednym z kanonicznych histonów, które bezpośrednio lub pośrednio regulują ich funkcję. Raporty techniczne koncentrujące się na metodologii identyfikacji tych PTM CENP-A są również ograniczone.
Ponieważ ubikwitylacja CENP-A jest wymagana do depozycji CENP-A w centromerze12, dziedziczona przez dimeryzację między podziałami komórek5, i niezbędna do żywotności komórki8, metoda identyfikacji ubikwitylacji CENP-A będzie w przyszłości niezbędna do zbadania funkcjonalnej aktywności, położenia i struktury centromeru. Dlatego tutaj opisujemy analizę spektrometrii mas w celu zidentyfikowania ubikwitylacji mutanta EYFP-CENP-A K124R, co sugeruje, że znakowanie EYFP indukuje ubikwitylację przy innej lizynie w zmutowanym białku CENP-A K124R8. Przedstawiono również protokoły innych testów kontrolnych i analiz (analiza immunofluorescencyjna, test przerostu kolonii i test ubikwitylacji in vivo) w celu omówienia prawidłowego wyniku analizy głównej spektrometrii mas.