极光激酶B调控CIZ1-RNA复合体在有丝分裂中从失活X染色体解离的分子机制

《Nucleic Acids Research》：AURKB-driven dissolution of CIZ1–RNA assemblies from the inactive X chromosome in mitosis

本研究揭示了AURKB通过磷酸化CIZ1蛋白C端尾部调控其在有丝分裂期从失活X染色体解离的新机制。研究人员发现CIZ1通过C端非结构化区域与染色体相关RNA（包括Xist）直接结合，而AURKB介导的磷酸化会破坏这种相互作用，导致CIZ1-Xi复合体解离。该发现阐明了核内RNA-蛋白质组装体周期性重建的分子开关，对理解表观遗传稳定性维持和肿瘤发生具有重要意义。

在哺乳动物细胞核中，基因表达的精妙调控离不开核内结构的精密组织。其中，长链非编码RNAXist介导的X染色体失活现象尤为引人注目，它通过在雌性哺乳动物细胞中形成特殊的核内区室来实现基因沉默。这一过程依赖于XistRNA与多种蛋白质因子共同构建的超分子组装体，而CIZ1蛋白正是这一组装体中最稳定的组分之一。

然而，一个长期困扰科学家的核心问题是：在细胞经历有丝分裂时，核内结构需要经历剧烈的解体和重建过程，这些RNA-蛋白质组装体是如何被精确调控以实现周期性解离和重组的？特别是在染色体高度凝集的有丝分裂期，CIZ1-Xist组装体从失活X染色体上消失，而在子细胞中又能够准确重建，这一现象背后的分子机制一直不甚明确。

为了解决这一科学问题，研究人员在《Nucleic Acids Research》上发表了最新研究成果，系统揭示了极光激酶B调控CIZ1-RNA复合体在有丝分裂中从失活X染色体解离的分子机制。

研究人员主要运用了蛋白质质谱分析、免疫荧光显微技术、体外磷酸化实验、电泳迁移率变动分析等技术方法。其中通过GST pull-down结合质谱技术鉴定了CIZ1C端结构域的相互作用蛋白网络；利用同步化细胞模型结合AURKB特异性抑制剂barasertib处理，分析了有丝分裂各时期CIZ1-Xi组装体的动态变化；通过SEC-MALLS和AlphaFold2结构预测揭示了CIZ1的二聚化特性。

CIZ1-Xi组装体在有丝分裂中的周期性解离

研究人员首先确认了CIZ1-Xi组装体在细胞周期中的动态变化规律。在雌性小鼠成纤维细胞中，CIZ1在间期形成明显的核内焦点，特别是在失活X染色体周围形成大型蛋白质组装体。然而，这些组装体在中期到后期转变过程中完全消失，并在G1期早期重新形成。这一现象与XistRNA的行为高度一致，提示两者可能存在协同调控机制。

AURKB直接调控CIZ1的磷酸化状态

通过生物信息学分析，研究人员在人和小鼠CIZ1蛋白的C端尾部发现了三个保守的AURKB磷酸化位点。实验证明，AURKB抑制剂barasertib能够剂量依赖性地阻止CIZ1-Xi组装体在有丝分裂期的解离，而磷酸酶抑制剂okadaic acid和tautomycin则能诱导间期细胞中CIZ1组装体的提前解离。这些结果强烈提示AURKB参与的磷酸化循环是调控CIZ1-Xi组装体动态变化的关键机制。

C端尾部调控CIZ1的核内锚定和RNA结合能力

为了深入解析分子机制，研究人员构建了系列CIZ1突变体。令人惊讶的是，模拟磷酸化的CIZ1_DDD突变体在细胞内形成异常大型的聚集体，而缺失C端尾部（Δtail）或模拟磷酸化（DDD）的突变体都丧失了与核内不溶性结构的结合能力。更重要的是，体外实验证明CIZ1通过C端尾部直接与RNA结合，而这种结合能力在磷酸化模拟突变体中被显著削弱。

CIZ1形成稳定的同源二聚体

通过尺寸排阻色谱-多角度激光光散射联用技术，研究人员发现CIZ1C端片段形成稳定的同源二聚体，分子量约为44kDa，这一二聚化过程依赖于matrin-3同源结构域。AlphaFold2结构预测显示，MH3结构域通过β链间的氢键形成紧密的二聚体界面，而C端尾部则以非结构化形式延伸出来，为RNA结合提供了结构基础。

CIZ1相互作用蛋白网络的特征

质谱分析鉴定出56个高置信度的CIZ1C端相互作用蛋白，这些蛋白主要富集在染色质相关蛋白、核基质蛋白和RNA结合蛋白等功能类别。值得注意的是，与Xist相互作用蛋白数据库的比较发现，包括SAFB2、SLTM、DHX9等在内的多个蛋白在CIZ1和Xist相互作用组中都有出现，提示CIZ1可能是Xist介导的核内组装体的重要支架蛋白。

研究结论表明，CIZ1作为一个多价RNA结合蛋白，通过其C端尾部与染色体相关RNA（包括Xist）直接相互作用，从而锚定在特定核内位置。在有丝分裂期，AURKB介导的C端尾部磷酸化破坏了CIZ1与RNA的相互作用，导致CIZ1-Xi组装体的解离。这一机制确保了在染色体高度凝集的有丝分裂期，核内RNA-蛋白质组装体能够有序解离，为后续子细胞中核结构的准确重建奠定了基础。

该研究的重要意义在于首次揭示了CIZ1-RNA相互作用作为有丝分裂期核内结构动态调控的分子开关，为理解表观遗传记忆在细胞世代间传递的分子机制提供了新视角。同时，由于CIZ1和AURKB在多种癌症中均存在异常表达，这一发现也为相关疾病的机制研究和治疗策略开发提供了重要理论基础。