NAT COMMUN：乙酰化修饰介导细胞有丝分裂保真度
编者按：
真核生物的细胞周期是一种受高度调节和协调的过程。研究表明，有丝分裂的精确时间和空间进展受到蛋白质翻译后修饰水平的严格调控，蛋白质磷酸化和泛素化控制了对有丝分裂进展至关重要的蛋白质的水平和活性。
近日杜克大学医学院的科学家，通过对有丝分裂过程中的蛋白质翻译后修饰水平进行定量分析，揭示了激酶的时间激活和适时的泛素化介导的降解是有丝分裂的核心，辅酶A合成酶（COASY）和乙酰转移酶CBP控制的乙酰化构成了有丝分裂保真度的机制。该研究成果发表在权威学术杂志Nature Communications上。
1、COASY沉默导致有丝分裂时间延长和细胞多核化
研究发现，沉默辅酶A合成酶后，细胞形态发生了改变，并导致细胞多核化现象的出现，而多核化是由有丝分裂异常引起的。这些结果表明COASY敲低延长了有丝分裂并导致胞质分裂失败。
图1 COASY沉默导致细胞形态的改变及肿瘤细胞多核化表型
2、乙酰化组学研究揭示，COASY沉默导致蛋白质的乙酰化水平变化
COASY沉默后增加了特定蛋白质的乙酰化，鉴于CoA是蛋白质中赖氨酸残基可逆乙酰化的主要乙酰基载体，研究者推测COASY敲低会影响蛋白质的乙酰化从而导致有丝分裂缺陷。因此，对COASY siRNA处理的A549细胞展开了乙酰化定量分析。
研究表明，在COASY沉默的样本中共鉴定到119个差异的乙酰化肽段（属于96个蛋白）。逻辑上乙酰辅酶A水平的降低，将导致COASY沉默后蛋白质乙酰化水平的降低。然而让人惊讶的是，COASY沉默后105个乙酰化的肽段（占总量的9.8%）乙酰化水平显著增加，如图2A。
在这样的疑虑下，研究者通过使用STRING数据库分析研究乙酰化差异蛋白质间的网络互作。研究发现高乙酰化的蛋白质之间存在较强的网络互作，这表明COASY对这些高度乙酰化的蛋白具有潜在的重要性。相反，低乙酰化蛋白质仅显示弱相互作用或没有相互作用。
图2 COASY沉默后引起的超乙酰化蛋白网络互作
3、 COASY沉默后诱导TPX2乙酰化，从而降低TPX2的泛素化水平
随后研究者运用蛋白质组学对参与有丝分裂/胞质分裂的蛋白质簇进行定量分析，包括TPX2，TOP2A，SMC3，CENPF，KIF23，ANLN和TXN。值得注意的是，COASY沉默导致SMC3 K106的高度乙酰化，这是一种先前涉及调节姐妹染色单体凝聚的修饰。此外HBO 1乙酰转移酶复合物的许多成员，包括KAT7，PHF15，PHF16，MEAF6，ING4和BRPF3，被发现为簇。
蛋白质翻译后修饰之间存在神奇的相互作用，如赖氨酸乙酰化可通过竞争相似的赖氨酸残基，影响蛋白质泛素化从而调节蛋白质稳定性。因此研究者分析COASY沉默是否影响有丝分裂期间COASY的下游效应物TPX2的泛素化。研究发现，虽然COASY沉默不影响一般泛素化水平（图3d 左图），但它显著降低TPX2的泛素化水平（图3d右图）。这些发现表明COASY敲低诱导的TPX2乙酰化增加可能阻止TPX2泛素化并增加其水平。
图3 COASY沉默后降低了TPX2在HEK-293T细胞中的泛素化水平
4、TPX2，CBP和COASY在有丝分裂期间相互作用
研究者通过GFP标记COASY，运用共聚焦显微镜检查了COASY，TPX2和CBP在细胞周期的不同阶段的亚细胞定位。结果表面，在间期期间，COASY呈现弥漫性模式，主要在细胞核和细胞质中。而在在有丝分裂期间，COASY-GFP被募集到纺锤体微管并与TPX2和CBP共定位，如图4。表明TPX2，CBP和COASY在有丝分裂期间相互作用。
图4 TPX2和bCBP在有丝分裂期间显示与纺锤体微管中的COASY共定位
研究者运用乙酰化修饰组学分析，显示COASY失活导致与有丝分裂相关的蛋白质的超乙酰化，包括CBP和Aurora A激酶活化剂TPX2等。COASY的募集抑制CBP介导的TPX2乙酰化，进而提高其泛素化水平，从而促进TPX2降解。在有丝分裂期间检测到阶段特异性COASY-CBP-TPX2关联体。CBP的药理学和遗传失活有效地挽救了COASY沉默引起的有丝分裂缺陷。研究揭示了一种新的有丝分裂保真度调节机制，其中COASY和CBP协调乙酰化网络以促进有丝分裂过程。
参考文献
Lin, C. C., et al. (2018). Coa synthase regulates mitotic fidelity via cbp-mediated acetylation. Nature Communications.
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