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持续的 Polo 样激酶 1 活性调节扩散以维持有丝分裂期间中心体的自我组织。

Continuous polo-like kinase 1 activity regulates diffusion to maintain centrosome self-organization during mitosis.

机构信息

Medical Research Council Cancer Cell Unit, Hutchison/Medical Research Council Research Centre and Medical Research Council Laboratory of Molecular Biology, Cambridge CB2 OXZ, United Kingdom.

出版信息

Proc Natl Acad Sci U S A. 2011 May 31;108(22):9310-5. doi: 10.1073/pnas.1101112108. Epub 2011 May 16.

DOI:10.1073/pnas.1101112108
PMID:21576470
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC3107272/
Abstract

Whether mitotic structures like the centrosome can self-organize from the regulated mobility of their dynamic protein components remains unclear. Here, we combine fluorescence spectroscopy and chemical genetics to study in living cells the diffusion of polo-like kinase 1 (PLK1), an enzyme critical for centrosome maturation at the onset of mitosis. The cytoplasmic diffusion of a functional EGFP-PLK1 fusion correlates inversely with known changes in its enzymatic activity during the cell cycle. Specific EGFP-PLK1 inhibition using chemical genetics enhances mobility, as do point mutations inactivating the polo-box or kinase domains responsible for substrate recognition and catalysis. Spatial mapping of EGFP-PLK1 diffusion across living cells, using raster image correlation spectroscopy and line scanning, detects regions of low mobility in centrosomes. These regions exhibit characteristics of increased transient recursive EGFP-PLK1 binding, distinct from the diffusion of stable EGFP-PLK1-containing complexes in the cytoplasm. Chemical genetic suppression of mitotic EGFP-PLK1 activity, even after centrosome maturation, causes defects in centrosome structure, which recover when activity is restored. Our findings imply that continuous PLK1 activity during mitosis maintains centrosome self-organization by a mechanism dependent on its reaction and diffusion, suggesting a model for the formation of stable mitotic structures using dynamic protein kinases.

摘要

有丝分裂结构(如中心体)是否能够通过其动态蛋白成分的调控运动而自行组织,目前仍不清楚。在这里,我们结合荧光光谱和化学遗传学,在活细胞中研究了极酶样激酶 1(PLK1)的扩散,该酶在有丝分裂开始时对于中心体成熟至关重要。具有功能性 EGFP-PLK1 融合的细胞质扩散与已知的其在细胞周期中酶活性的变化呈负相关。使用化学遗传学特异性抑制 EGFP-PLK1 会增强其迁移性,而负责底物识别和催化的 polo 盒或激酶结构域的点突变也会增强其迁移性。使用光栅图像相关光谱法和线扫描对活细胞中 EGFP-PLK1 扩散进行空间映射,检测到中心体中低迁移率的区域。这些区域表现出瞬态递归 EGFP-PLK1 结合增加的特征,与细胞质中稳定的包含 EGFP-PLK1 的复合物的扩散不同。即使在中心体成熟后,化学遗传抑制有丝分裂 EGFP-PLK1 的活性也会导致中心体结构缺陷,当活性恢复时缺陷会恢复。我们的发现表明,PLK1 在有丝分裂期间的持续活性通过依赖于其反应和扩散的机制维持中心体的自我组织,这为使用动态蛋白激酶形成稳定的有丝分裂结构提供了一种模型。

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