有丝分裂ATR-Chk1通路促进CDK1活性以确保染色体正确分离

The mitotic ATR-Chk1 pathway promotes CDK1 activity for faithful chromosome segregation.

作者信息Yoon Ki Joo, Carlos Ramirez Parrado, Wenxue Li, Ran Yang, Elizabeth Black, Franziska Bleichert, Yansheng Liu, Lilian Kabeche
PMID40705605
期刊Cell Rep
发布时间2025-08-26
DOI10.1016/j.celrep.2025.116019

实验完整度

高

包含全细胞磷酸化蛋白质组学、体外激酶实验、细胞系(U2OS、RPE-1、A549、HeLa)及体内细胞功能性验证(染色体分离表型),并有机制验证(Myt1 S143磷酸化)。

主要模型

U2OS细胞 RPE-1细胞 A549细胞(WT和Chk1+/−) HeLa细胞(H2B-GFP)

重点核对

ATR抑制剂(VE-821, 10μM)和Chk1抑制剂(MK-8776, 2μM)处理1小时 Myt1抑制剂(RP-6306, 100nM) CDK1抑制剂(RO-3306, 0.5μM低剂量) Myt1 siRNA敲低 Myt1 S143A突变体

摘要

Ataxia telangiectasia and Rad3-related (ATR) and checkpoint kinase 1 (Chk1) are crucial kinases in the DNA damage response (DDR) pathway. While the roles of ATR and Chk1 within the DDR are well established, their roles in mitosis are not fully understood. Here, we describe that the ATR-Chk1 pathway is rewired during mitosis to promote full CDK1 activity, starkly contrasting its role in interphase, where it inhibits CDK1 following DNA damage in human cells. In mitosis, Chk1 inhibits residual activity of PKMYT1 (Myt1) via direct phosphorylation at Serine 143. Partial loss of CDK1 activity caused by inhibition of mitotic Chk1 leads to different effects on mitotic progression than full CDK1 inhibition. It causes increased lagging chromosomes in part through loss of Aurora B activity. Thus, mitosis-specific ATR-Chk1 activity is necessary to promote faithful chromosome segregation by ensuring that CDK1 activity is maintained in mitosis.

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
有丝分裂期中ATR-Chk1通路如何调节CDK1活性及染色体分离?
核心机制
在有丝分裂期,Chk1通过直接磷酸化Myt1的S143位点抑制其激酶活性,从而降低CDK1的抑制性磷酸化(T14和Y15),维持CDK1活性,进而通过CDK1依赖的INCENP磷酸化促进Aurora B活性,确保染色体正确分离。
主要证据
使用磷酸化蛋白质组学、免疫印迹和免疫荧光发现抑制ATR或Chk1导致p-CDK1 T14/Y15增加;体外激酶实验证明Chk1直接磷酸化Myt1 S143并抑制其活性;功能实验显示Chk1抑制导致滞后染色体增加,同时p-H3 S10/S28和p-INCENP T59下降。
研究意义
该研究揭示了一个新的有丝分裂特异性ATR-Chk1-Myt1-CDK1-Aurora B通路,对于理解染色体分离机制和潜在的癌症治疗靶点具有重要意义。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

初步发现:抑制ATR/Chk1导致CDK1抑制性磷酸化增加

检验有丝分裂期ATR-Chk1通路是否调节CDK1活性。

对nocodazole同步化的U2OS和RPE-1细胞用ATR抑制剂(VE-821)或Chk1抑制剂(MK-8776)处理1小时,检测p-CDK1 Y15水平。对照组用Aphidicolin处理以诱导DNA损伤。

2

验证抑制ATR/Chk1对CDK1活性的影响(补充底物检测)

进一步确认CDK1活性下降的生物学后果。

检测CDK1底物PRC1在T481位点的磷酸化水平。

3

确定Myt1介导Chk1对CDK1的调节

确定Chk1调节CDK1活性的中间分子。

使用Wee1抑制剂和Myt1抑制剂共处理,观察对p-CDK1 Y15的影响;并用siRNA敲低Myt1验证。

4

证明Chk1直接磷酸化Myt1 S143并抑制其活性

阐明Chk1抑制Myt1的分子机制。

体外激酶实验,将重组Chk1与Myt1孵育,通过质谱鉴定磷酸化位点;验证S143A突变体对Chk1抑制的敏感性。

5

证实细胞内有丝分裂期Chk1依赖性磷酸化Myt1 S143

确认S143磷酸化在细胞内发生并依赖于Chk1。

使用p-Myt1 S143特异性抗体,通过免疫荧光检测有丝分裂期细胞中p-Myt1 S143的水平,并用Chk1抑制剂处理观察变化。

6

探究Myt1核定位对DNA损伤检查点的影响

研究Myt1的亚细胞定位在有丝分裂期间对Chk1调控的作用。

构建GFP-NLS-Myt1和GFP-NLS-ΔTM-Myt1载体,转染U2OS细胞,观察亚细胞定位,并测定p-CDK1水平。

7

检测Chk1活性对CDK1维持和染色体分离功能的影响

评估Chk1抑制导致的部分CDK1活性丧失对细胞分裂的影响。

通过活细胞成像和固定细胞染色,分析有丝分裂退出时间和染色体分离错误(滞后染色体)。

8

证明Chk1通过CDK1调节Aurora B活性

阐明Chk1影响Aurora B的机制。

检测Aurora B底物p-H3 S10/S28和p-INCENP T59的水平,比较Chk1i和低剂量CDK1i的作用。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
DMEM培养基Gibco10-013-CV
胎牛血清Corning35-011-CV
青霉素-链霉素Gibco15140-122
Ham's F-12K培养基Gibco21127-022
D-PBS缓冲液Gibco14190-144
胰蛋白酶-EDTAGibco25300-054
VE-821Cayman Chemical17587
AZ-20Cayman Chemical17589
MK-8776MedChem ExpressHY15532
CHIR-124SelleckchemS2683
RP-6306SelleckchemE1175
Wee1抑制剂IIMillipore Sigma681641
RO-3306Cayman Chemical15149
诺考达唑Cayman Chemical13857
S-三苯甲基-L-半胱氨酸Tocris2799-07-7
紫杉醇Tocris1097
阿非迪霉素Cayman Chemical14007
人CHEK1重组蛋白Abcam69918
GST-Cdk1重组蛋白Sino Biological10739-H09B
His-Cdk1-CyclinB1重组蛋白InvitrogenPV3980
Myc-DDK-PKMYT1全长重组蛋白OriGeneTP322657
GST-CDK5(无活性)InvitrogenPV6303
Lipofectamine RNAiMAX转染试剂Invitrogen13778075
Lipofectamine 3000转染试剂InvitrogenL3000008
Gibson组装试剂盒New England BiolabsE2611
ADP-Glo™激酶检测试剂盒PromegaV6930
Clarity Western ECL底物Bio-Rad--
硝酸纤维素膜Bio-Rad1620115
ProLong Gold抗淬灭封片剂Invitrogen--
DAPI----

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
细胞培养
细胞系来源:RPE-1 (ATCC CRL-4000), U2OS (ATCC HTB-96), HeLa (Abcam Ab255928), A549 (WT: Ab275463, Chk1+/-: Ab276102); 培养基:DMEM或F-12K;FBS浓度10%;1% P/S
阅读提示:STAR Methods - Cell culture
药物处理
抑制剂浓度和孵育时间:ATRi (10 μM VE-821 或 10 μM AZ-20), Chk1i (2 μM MK-8776 或 1 μM CHIR-124), Myt1i (100 nM RP-6306), Wee1i (2 μM), CDK1i (0.5 μM 或 5 μM RO-3306); 处理时间:有丝分裂细胞1小时,异步细胞20分钟
阅读提示:STAR Methods - Inhibitors and drug treatments
蛋白免疫印迹
抗体信息(见表):p-CDK1 Y15 (Bethyl A700-101), p-CDK1 T14 (CST 2543), Myt1 (Bethyl A302-424), p-Myt1 S143 (Pacific Immunology); 内参:GAPDH或Tubulin
阅读提示:STAR Methods - Immunoblotting
免疫荧光
固定条件:3.5% PFA 15分钟;通透:0.5% Triton X-100 10分钟;封闭:1% BSA 20分钟;一抗孵育条件;二抗及DAPI浓度;成像系统:Nikon Ti2 或 spinning-disc confocal
阅读提示:STAR Methods - Immunofluorescence microscopy
体外激酶实验
激酶浓度300 nM;缓冲液成分:20 mM MOPS pH 7.2, 25 mM MgCl2, 1 mM ATP, 1 mM DTT, 蛋白酶和磷酸酶抑制剂;温度30°C,摇速200 RPM;反应时间:30-60分钟
阅读提示:STAR Methods - Kinase assay