在细胞复制过程中,包含在染色体中的父代遗传信息在经历诸多复杂的运动后均等地分配给两个子细胞。整个细胞分裂过程是通过纺锤体丝与染色体着丝粒的协同作用来完成。正确的染色体与纺锤体丝相互作用是细胞健康的保证。基因组稳定性是细胞健康与个体发育的保证。一般认为细胞周期中有四重机制可以维持基因组的稳定性,分别是在DNA复制期高保真的DNA复制机制,在有丝分裂期的染色体精确分离机制,覆盖了整个周期的DNA修复机制及散步在周期各个关键节点的一系列检验点。这四重机制共同维持了染色体组的稳定性,其任何一方面的故障都会导致细胞运行的失调甚至肿瘤的发生。在有丝分裂进程中,染色体的精确分离受到细胞内极其复杂而有序的信号网络控制。其中一个重要信号及其调控通路,就是蛋白质的赖氨酸乙酰化的动态修饰。2009年,乙酰转移酶PCAF被报道可以在有丝分裂期定位到动点上,并通过乙酰化BubR1,维持其蛋白质稳定性来调控有丝分裂的进程。我们实验室此前的工作也揭示了 PCAF通过乙酰化微管正端跟踪蛋白EB1进而调控了微管的稳定性。此外,我们实验室早期的工作亦揭示了乙酰转移酶TIP60通过类泛素化而改变其稳定性。然而,这些乙酰转移酶是否及如何与激酶在细胞有丝分裂发生相互交联,共同协调细胞周期的行进一直是令我神怡的科学问题。我的博士论文研究主要是围绕乙酰转移酶TIP60和PCAF在有丝分裂中的作用而展开。利用小分子抑制剂与RNA干扰技术,我的研究首次揭示:TIP60酶活性的下调导致有丝分裂进程出错,其表型体现为染色体错误排列及后滞染色体比率的增加。进一步的机制分析提示TIP60调控有丝分裂重要蛋白激酶Aurora B。鉴于Aurora B在有丝分裂期主要功能之一是纠正错误的动点-微管连接,我的后续工作则围绕解析TIP60调控Aurora B的机制而展开。Aurora B能够在体外被TIP60乙酰化,并且TIP60也主要负责了 AuroraB在细胞内的乙酰化。质谱分析以及一系列点突变的研究表明,TIP60主要乙酰化了 Aurora B激酶的215位赖氨酸。通过体外磷酸化实验及酶学实验,我发现将215位赖氨酸突变为模拟乙酰化的谷氨酰胺,则能够增强Aurora B激酶活性,表明215位乙酰化修饰促进了细胞内Aurora B的激酶活性。进一步深入的研究则表明,Aurora B的215位乙酰化修饰对Aurora B激酶的T-Loop上的232位苏氨酸磷酸化的维持是必要的。这一位点的乙酰化修饰抑制了 PP2A与Aurora B的结合,从而维持了 Aurora B的T-loop磷酸化及激酶活性,保证了姐妹染色单体的准确分离和细胞的基因组稳定性。另一方面,2009年也有报道表明PCAF的过表达可以将细胞阻滞在G2/M过渡期,但是其涉及的分子机制并不清楚。我们实验室对有丝分裂激酶的翻译后修饰的系统研究提示PLK1在G2/M过渡期的乙酰化现象。进一步质谱分析提示了PLK1激酶的第208位赖氨酸的乙酰化修饰。利用体外生物化学重组实验,我与同伴确定了 PCAF在体外乙酰化修饰PLK1的第208位赖氨酸。借助基因编码乙酰化修饰技术,我从大肠杆菌中表达并纯化出了 208位乙酰化的PLK1激酶。体外的活性检测表明,与野生型相比,第208位乙酰化的PLK1丧失了激酶活性。而体外磷酸化实验表明,第208位赖氨酸乙酰化阻碍了第210位苏氨酸的磷酸化和激酶活化。进一步的机制研究提示,PLK1第208位赖氨酸的乙酰化修饰抑制了PLK1介导的Cdc25c的磷酸化及活化。至此,我的研究提示:PCAF通过PLK1第208位赖氨酸的乙酰化修饰使PLK1-Cdc25c信号通路处于较低的活性水平,从而避免了 CDK1的过早活化,行使其在G2/M检验点的功能。综上所述,我的研究提示了乙酰转移酶TIP60和PCAF在细胞周期G2/M和M期的调控新机制及潜在的构-效关联。我相信对上述信号通路的进一步研究有助于我们系统地解析细胞有丝分裂过程中染色体稳定性维系的详尽信号转导机制及分子动力学规律,为有关疾病的干预提供理论基础与平台技术。