有丝分裂过程中姐妹染色单体的正确分离与均匀分配，是生命个体生长、发育与繁殖的重要基础。姐妹染色单体的正确分离进行依赖于染色体两侧的超大蛋白复合体——动粒。动粒从空间结构上可以分为内层动粒CCAN(constitutive centromere associated network)和外层动粒KMN(Knl1复合物,Mis12复合物以及Ndc80复合物)。按照亚基之间的相互作用密切程度和组装顺序划分，内层动粒CCAN包括：CENP-C，CENP-H/I/K/M，CENP-N/L，CENP-T/W/S/X以及CENP-O/P/U/Q/R等多个蛋白亚基形成的亚复合体。在整个细胞周期中，内层动粒CCAN组成型地定位于染色体着丝粒。有丝分裂前期，内层动粒招募KMN复合物组装成外层动粒。外层动粒直接结合纺锤体微管，从而发挥动粒复合体连接染色体和纺锤体微管的重要功能。动粒蛋白的缺失或功能异常，将导致有丝分裂无法正常进行，造成细胞中染色体错误分配和非整倍体发生。
　　CENP-I作为CENP-H/I/K/M的重要元件在有丝分裂中承担着重要的角色，CENP-I缺失或者定位异常时，会造成严重的有丝分裂缺陷。本实验室之前成功解析了嗜热真菌CENP-I蛋白的N端HEAT结构域以及CENP-H/I/K三元复合物的晶体结构，揭示了CENP-I作为重要的脚手架蛋白结合CENP-H/K的分子机制。但是CENP-I结合CENP-M的相互作用机制以及CENP-I分子内的结构特征仍存在较多疑问。本论文的第一部分工作以CENP-I为核心研究对象。通过分析嗜热真菌CENP-I蛋白N端HEAT结构域的分子结构，发现了一个特异的α螺旋(α11)与N端的HEAT结构域发生疏水相互作用，在维持CENP-I蛋白N端结构域的正确折叠中发挥重要作用。通过二级结构预测和三级结构模拟，发现人源CENP-I蛋白也存在对应的特异α螺旋，并且与N端HEAT结构域发生保守疏水相互作用。进一步的细胞生化实验证实，这一特异的α螺旋直接介导了CENP-I和CENP-M的相互作用。该部分工作为进一步探究CENP-I与CENP-M的相互作用机制奠定了基础。
　　动粒亚基CENP-O,CENP-P,CENP-U,CENP-Q和CENP-R发生较为复杂的相互作用，在功能与定位上相互依赖，形成CENP-O亚复合体，在有丝分裂与纺锤体检查点中发挥着重要作用。任一亚基的缺失都会引起染色体中期列队异常与后期分离错误等有丝分裂缺陷。虽然酵母中的COMA复合物(CENP-O亚复合体的同源复合物)结构已经成功解析，但是二者之间存在较大差异。高分辨冷冻电镜分析发现COMA复合物为典型的长棒状结构，而低分辨率负染电镜结构则显示CENP-O亚复合物呈两个相连的球型结构，因此人源CENP-O亚复合体内部的分子间相互作用方式与组装机制仍存在较多空白。本论文的第二部分工作以人源CENP-O亚复合体为研究对象，尝试鉴定并揭示部分亚基之间的相互作用方式与组装模式。
　　我们利用大肠杆菌表达系统成功纯化到全长CENP-O/P蛋白复合物，发现CENP-O与CENP-P两个蛋白的N端对于该复合物的相互作用至关重要。我们获得了GST-CENP-U/SUMO-CENP-Q复合物，共纯化了CENP-U241-360/CENP-Q101-268截短体复合物，经过大规模晶体条件筛选后初步获得了该复合物晶体，通过变复性方法纯化全长的CENP-R蛋白。进一步通过GSTpull-down实验发现CENP-U/Q复合物可以同时结合CENP-O/P复合物和CENP-R，但是CENP-O/P复合物和CENP-R之间却不存在直接的相互作用。这些结果暗示着CENP-U/Q复合物是CENP-O亚复合体组装的“核心脚手架”。基于相互作用的探索式发现，我们将进一步体外重组CENP-O亚复合体进行结构与功能研究，努力揭示CENP-O亚复合体内部的分子间相互作用与组装机制。