內(nèi)著絲粒蛋白基因研究進展*

劉 娟，姜 強，孫 艷，楊春紅，仲躋峰，王長法*，劉保申

(1.山東農(nóng)業(yè)大學 農(nóng)學院，山東 泰安 271000；2.山東省農(nóng)業(yè)科學院奶牛研究中心，山東 濟南 250100)

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內(nèi)著絲粒蛋白基因研究進展*

劉 娟1，2，姜 強2，孫 艷2，楊春紅2，仲躋峰2，王長法2*，劉保申1

(1.山東農(nóng)業(yè)大學 農(nóng)學院，山東 泰安 271000；2.山東省農(nóng)業(yè)科學院奶牛研究中心，山東 濟南 250100)

內(nèi)著絲粒蛋白INCENP是染色體乘客蛋白復(fù)合體的主要成員，在有絲分裂和減數(shù)分裂過程中發(fā)揮重要作用。近年來研究表明，INCENP對精子的功能有重要影響，與動物生殖密切相關(guān)。論文主要概述了INCENP的結(jié)構(gòu)、功能及其與動植物精子發(fā)生相關(guān)性方面的研究進展，為生殖研究提供理論指導。

INCENP;精子發(fā)生;生殖

1987年，Cooke等[1]首次從有絲分裂染色體上發(fā)現(xiàn)了內(nèi)著絲粒蛋白(inner centromere protein, INCENP)，隨后開始了對其廣泛的研究。INCENP是多功能性結(jié)構(gòu)域蛋白，包括(135 kD和155 kD)兩種類型的多肽，且這兩種多肽與細胞分裂過程中染色體蛋白聯(lián)系最為緊密。INCENP是短暫附著蛋白質(zhì)，在細胞分裂進程中表達部位不斷變化。在細胞分裂的中期，INCENP定位于姐妹染色單體連接的著絲粒處，預(yù)示其可能與姐妹染色單體的分離有關(guān)，表明其在細胞分裂過程中可能起著至關(guān)重要的作用；后期會與著絲粒分離，隨著染色體向兩極移動，最終聚集在收縮環(huán)形成區(qū)域[1](圖1)。INCENP在細胞分裂時的動態(tài)定位表明，內(nèi)著絲粒蛋白在精子發(fā)生過程中發(fā)揮重要作用，繼而可能影響精子的質(zhì)量及功能，調(diào)控生物的繁殖性狀。此外，INCENP作為染色體乘客復(fù)合物(chromosomal passenger complex, CPC)重要的結(jié)構(gòu)組分，與其他調(diào)控分子一起控制CPC在細胞分裂過程中的定位。不僅如此，INCENP還與腫瘤的發(fā)生、自然流產(chǎn)密切相關(guān)。

1 著絲粒特異性蛋白質(zhì)家族及INCENP的結(jié)構(gòu)

維持所有細胞中基因組的完整性是真核生物賴以生存和繁殖的基礎(chǔ)。為此，真核生物必須保證在細胞分裂過程中將復(fù)制的基因組平均分配到每個子細胞中去。在這個關(guān)鍵的生物學現(xiàn)象中，著絲粒的功能不容忽視。哺乳動物著絲粒是一個多功能的染色體結(jié)構(gòu)域，主要體現(xiàn)在它的高級結(jié)構(gòu)、DNA序列和蛋白質(zhì)組成的復(fù)雜性。著絲粒是一種DNA-蛋白復(fù)合體，位于有絲分裂和減數(shù)分裂姐妹染色單體的連接處，調(diào)控分裂中期姐妹染色單體的分離，以及后期紡錘體微管與姐妹染色單體的連接[2]。著絲粒上附著多種特異性蛋白質(zhì)，在細胞分裂過程中發(fā)揮重要作用，稱為著絲粒特異性蛋白質(zhì)(centromere proteins,CENPs)[3]。根據(jù)蛋白質(zhì)在著絲粒上的附著方式以及承擔功能的不同，可以將著絲粒特異性蛋白質(zhì)分為基本蛋白質(zhì)和短暫附著蛋白質(zhì)兩大類。在細胞分裂過程中一直附著在著絲粒上，與保持姐妹染色單體和著絲點的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的蛋白質(zhì)為基本蛋白質(zhì)，如CENP-A、CENP-B、CENP-C等；而在細胞分裂的間期或分裂期短暫附著在著絲粒上，在姐妹染色單體分離和紡錘體的結(jié)構(gòu)組裝方面發(fā)揮重要作用的蛋白質(zhì)，為短暫附著蛋白質(zhì)，如CENP-E、CENP-F和INCENP等。

鑒于著絲粒在細胞分裂過程中扮演的重要角色，作為著絲粒功能保障的著絲粒特異性蛋白質(zhì)出現(xiàn)任何異常，都會對生物體產(chǎn)生有害的影響。近年來研究發(fā)現(xiàn)，過量的CENP-A會在人類癌癥患者的非著絲粒位點聚集，這表明異常的CENP-A核小體可以改變?nèi)旧|(zhì)的纖維狀態(tài)，有可能影響基因調(diào)控和染色體脆性[4]。CENP-F表達異常會增加人患纖毛疾病(Ciliopathy)和小頭癥的風險[5]。Kung等[6]的研究發(fā)現(xiàn)，CENP-E的抑制劑PF-2771能選擇性地抑制基底乳腺癌細胞系的增殖，并可反映染色體不穩(wěn)定的程度，因此猜測CENP-E可能是三陰性乳腺癌有效的治療靶點。感染人類T細胞白血病病毒1型(Human T-cell leukaemia virus type-1，HTLV-1)會導致成人出現(xiàn)T細胞白血病(adult T-cell leukaemia ，ATL)，病毒蛋白HTLV-1 bZIP(HTLV-1 bZIP，HBZ)因子會在ATL細胞中表達。研究發(fā)現(xiàn)，CENP-B是一種新的與HBZ相互作用的分子，HBZ過度表達破壞了CENP-B與α隨體區(qū)域的DNA結(jié)合活性，從而抑制了T細胞中CENP-B介導的組蛋白H3K9的三甲基化[7]。由此可見，著絲粒特異性蛋白質(zhì)是著絲粒發(fā)揮功能不可或缺的元件，調(diào)控染色體的狀態(tài)，進而影響細胞分裂的進程。

圖1 INCENP在細胞周期中的動態(tài)定位[1]

1.2 INCENP的結(jié)構(gòu)

INCENP屬于著絲粒特異性蛋白質(zhì)成員之一，是一種短暫附著的蛋白質(zhì)，其位置會隨著細胞分裂的進程有所變化，最終參與胞質(zhì)分裂。鑒于INCENP在細胞分裂中的重要作用，其在牛、人、鼠、豬、羊、雞和果蠅中是相對比較保守的。

INCENP包含(135 kD和155 kD)兩種類型的多肽，且這兩種多肽似乎是單一轉(zhuǎn)錄本選擇性剪切而成[1]。與其重要性功能相對應(yīng)，INCENP是一個多結(jié)構(gòu)域蛋白質(zhì)，包括氨基端和羧基端，并有一個中央卷曲螺旋結(jié)構(gòu)域基序，各結(jié)構(gòu)域之間協(xié)調(diào)作用，保證INCENP功能的正常發(fā)揮。INCENP在分裂中期結(jié)束時轉(zhuǎn)移到紡錘體，可能是通過INCENP脫離染色體這一生物學事件而不是通過連接到紡錘體調(diào)控的，氨基端的1到42個氨基酸殘基可能組成了釋放“開關(guān)”，這獨特的開關(guān)由一些階段特異性修飾來激活，如蛋白水解、磷酸化或脫磷酸化。但因為蘇氨酸是所有激酶識別的共同基序，而INCENP在此區(qū)域缺少蘇氨酸，因而該多肽區(qū)域似乎不是磷酸化底物，而在第60位氨基酸附近發(fā)現(xiàn)存在磷酸激酶識別的共同位點。此外，INCENP的氨基端還與生存素蛋白(Survivin)相互作用，調(diào)控染色體乘客蛋白復(fù)合體在細胞分裂周期中的定位。內(nèi)部200多個氨基酸組成了卷曲螺旋結(jié)構(gòu)域，這對于結(jié)構(gòu)蛋白二聚化以及更高層次的組裝是必需的[8]，因此INCENP可能在體內(nèi)形成同源二聚體或異源二聚體而發(fā)揮作用。INCENP的中央卷曲螺旋結(jié)構(gòu)域與細胞分裂過程中的微管連接有關(guān)，而與紡錘體連接無關(guān)，由此可見中央卷曲螺旋對于INCENP在細胞有絲分裂中的定位可能不是必需的，通過INCENP的氨基和羧基末端的結(jié)構(gòu)域與染色體和紡錘體相互作用，來完成INCENP在細胞中的動態(tài)定位。INCENP羧基端還有一個高度保守的由60～80個氨基酸組成的重要的IN-box結(jié)構(gòu)域，在有絲分裂和減數(shù)分裂過程中，CPC中重要的激酶組分Aurora B激酶可以與INCENP通過IN-box結(jié)構(gòu)域結(jié)合并且磷酸化INCENP蛋白，INCENP的磷酸化和去磷酸化過程對著絲粒功能發(fā)揮以及有絲分裂紡錘體定位起重要作用[9]。早期研究發(fā)現(xiàn)，下調(diào)INCENP蛋白的表達，會出現(xiàn)有絲分裂染色體畸形、胞質(zhì)分裂異常等現(xiàn)象，由此可見INCENP蛋白在細胞分裂周期中扮演者重要的角色。

2 INCENP的功能

INCENP作為一種著絲粒特異性蛋白質(zhì)，通過與微管、肌動蛋白等相互作用在細胞有絲分裂和減數(shù)分裂以及胞質(zhì)分裂過程中發(fā)揮重要作用。研究表明INCENP能夠保證染色體乘客復(fù)合體功能的正常發(fā)揮，并與細胞分裂、癌癥的發(fā)生、自然流產(chǎn)密切相關(guān)，而且在生物的生殖過程中也發(fā)揮著重要作用。

2.1 INCENP與細胞分裂

由一個單細胞受精卵發(fā)育為一個多細胞的生物，是生物界最為復(fù)雜也是最具魅力的過程。細胞分裂是胚胎發(fā)育的基礎(chǔ)，細胞分化、形態(tài)發(fā)生、生長都是通過細胞分裂過程來完成的。在細胞分裂過程中染色體分離是重要的一個環(huán)節(jié)，此過程要求姐妹染色單體準確拆分，才能保證細胞分裂正常進行。染色體分離受多種因素的共同調(diào)控，機體可能借助姐妹染色單體間類似“拉鏈”的結(jié)構(gòu)回應(yīng)分離信號從而完成這種調(diào)控。INCENP是一種動態(tài)蛋白，隨著細胞分裂過程的推進，其位置不斷發(fā)生變化。如在有絲分裂“早”和“早/中”中期，INCENP聚集在著絲粒；中期在赤道板中心形成一個環(huán)；在“中/末”中期，INCENP脫離染色體，因此會發(fā)現(xiàn)INCENP平行于紡錘體軸穿越赤道板；末期INCENP停留在收縮環(huán)形成的區(qū)域，最終參與胞質(zhì)分裂形成中體[1]。INCENP在有絲分裂過程中的動態(tài)變化，表明該蛋白在細胞分裂過程中發(fā)揮重要的作用。

INCENP是染色體乘客蛋白CPC的一種，其在有絲分裂過程中調(diào)控染色體的拆分和細胞骨架形成，功能的發(fā)揮需要多種調(diào)控因子的協(xié)調(diào)作用。在有絲分裂中-后期過渡時，INCENP從著絲粒中央主軸轉(zhuǎn)移到赤道皮層參與卵裂溝的形成，INCENP可以促進以微管為基礎(chǔ)的有絲分裂運動，通過異染色質(zhì)蛋白1和微管直接與染色質(zhì)和有絲分裂紡錘體相互作用。INCENP在后期紡錘體的定位與重疊微管的區(qū)域相仿，說明INCENP能以某種方式參與微管滑動。INCENP靶向胞質(zhì)分裂的裂開面需要動態(tài)微管，如果破壞微管，INCENP將分散在整個細胞皮質(zhì)中。INCENP是一種微管結(jié)合蛋白，Wheatley等[10]利用酵母雙雜交技術(shù)發(fā)現(xiàn)INCENP直接通過一個包含48～85個氨基酸殘基的保守結(jié)構(gòu)域與β-微管蛋白結(jié)合，通過與微管相互作用靶向到赤道皮層。拓撲異構(gòu)酶II 是有絲分裂染色體骨架的主要結(jié)構(gòu)成分，在低等真核生物中拓撲異構(gòu)酶II是有絲分裂所必需的。通過在著絲粒分離上的直接作用，拓撲異構(gòu)酶II可以確保姐妹染色單體正常分離，并且可以通過激活A(yù)urora B激酶避免異常的微管-端粒連接。INCENP可以調(diào)節(jié)拓撲異構(gòu)酶II的酶活性，拓撲異構(gòu)酶II失活的細胞，INCENP無法在有絲分裂后期轉(zhuǎn)移到中央主軸，并與未分離的姐妹染色單體的著絲粒保持緊密聯(lián)系。Aurora B激酶在有絲分裂過程中調(diào)節(jié)姐妹染色單體的正確定位，異常的Aurora B激酶將無法糾正錯誤的動粒-微管連接產(chǎn)生的非整倍性染色體[11]，而INCENP又調(diào)節(jié)Aurora B激酶，進而也會導致染色體畸形，從而影響細胞分裂。CDK1磷酸化INCENP第59和388位蘇氨酸，正常的INCENP磷酸化可以調(diào)節(jié)從前期到中期Aurora-B激酶的活性和定位，而且是Plk1招募到動粒所必需的，INCENP上Plk1和Aurora-B復(fù)合物的形成在染色體動力學的調(diào)節(jié)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

2.2 INCENP與CPC

染色體乘客復(fù)合體CPC為有絲分裂中一個關(guān)鍵的參與者，主要由Aurora激酶和三個非酶組分INCENP、生存素蛋白及Borealin/DasarB蛋白分子組成，在染色質(zhì)修飾、動粒-微管相互作用、染色體雙向拉伸和雙極紡錘體主軸的穩(wěn)定中發(fā)揮重要作用，并且調(diào)控有絲分裂檢驗點、中央紡錘體組裝和胞質(zhì)分裂。其中Aurora激酶參與修飾INCENP蛋白的氨基端，INCENP的羧基端通過三螺旋束與CPC的亞基生存素蛋白和borealin相互作用，四種組分互相配合共同調(diào)控CPC在細胞中的定位。對于CPC來說，INCENP就像一個腳手架，通過保守的IN-box結(jié)構(gòu)域活化Aurora B。隨后，Aurora B磷酸化INCENP靠近羧基端IN-box結(jié)構(gòu)域的蘇氨酸-絲氨酸-絲氨酸(TSS)基序，從而促進CPC的聚集。在CPC中存在Aurora B和Aurora C兩種類型的激酶。桑椹期，生存素蛋白、 borealin 或者INCENP的基因消融(genetic ablation)會導致致死性，但Aurora B激酶對于CPC功能的發(fā)揮似乎是可有可無的，這主要是因為Aurora B和Aurora C激酶之間有功能重疊，Aurora C激酶可以彌補Aurora B激酶的這一缺陷。另一方面，CPC中的Aurora C激酶在胚胎發(fā)育中也起著至關(guān)重要的作用。INCENP、生存素蛋白和borealin可以在人類早期胚胎發(fā)育各個階段的前中期染色體的內(nèi)著絲粒中檢測到，Aurora B和Aurora C激酶都存在于卵母細胞中， Aurora C激酶是前三個胚胎細胞周期最重要的蛋白激酶，在胚胎基因組激活后，Aurora B可以上調(diào)Aurora C mRNA的表達，并且在第四天的胚胎可以檢測到Aurora B和Aurora C蛋白，在囊胚期只能檢測到Aurora B蛋白[12]。CPC的重定位是真核生物進化上保守的事件，是使后期有絲分裂檢驗點無效的關(guān)鍵機制[13]。而最近的研究發(fā)現(xiàn)，異常的CPC可能與癌癥中染色體不穩(wěn)定[14]有關(guān)。綜上所述，INCENP或CPC中任一組分的異常都會影響CPC功能的正常發(fā)揮，對染色體形態(tài)造成不可磨滅的危害。

2.3 INCENP與腫瘤

惡性腫瘤是一群不受生長調(diào)控而繁殖的細胞，也稱癌。近年研究發(fā)現(xiàn)染色體畸變與致癌基因表達密切相關(guān)，INCENP作為附著在著絲粒上的重要亞基，其功能的正常發(fā)揮可以有效地防止染色體畸變。

INCENP是染色體乘客復(fù)合物中的一員，CPC是一個四構(gòu)件蛋白復(fù)合物，調(diào)控細胞分裂和胞質(zhì)分裂正確進行。如染色體乘客蛋白質(zhì)放松對染色體分離的監(jiān)管，會導致染色體形態(tài)和胞質(zhì)分離異常，進而可能會導致非整倍體和淋巴瘤等癌癥的發(fā)生。Barbanis等[15]研究發(fā)現(xiàn)INCENP在晚期B細胞淋巴瘤中的表達顯著高于初期B細胞淋巴瘤，并且INCENP表達與MIB-1標記指數(shù)顯著相關(guān)，由此可知，INCENP可能與B細胞淋巴瘤侵略性之間有著某種密切的聯(lián)系。INCENP的異常也會導致乳腺癌的發(fā)生。Kabisch等[16]利用候選基因法揭示了CPC四種組分的單核苷酸多態(tài)性(SNPs)與乳腺癌發(fā)生風險的相關(guān)性，其中，INCENP在患ER-陰性乳腺癌的CPC調(diào)控通路中發(fā)揮重要的作用。提示我們，INCENP可能是治療ER-陰性乳腺癌的有效靶點。由于CPC在細胞分裂過程中發(fā)揮著重要作用，先天性的CPC變異也可導致腫瘤的發(fā)生。

2.4 INCENP與生殖

生物得以繁衍后代離不開雌雄生殖細胞的形成。在這個過程中細胞的分裂和分化貫穿始末。早期研究發(fā)現(xiàn)，INCENP為一種染色體乘客蛋白，在細胞分裂中-后期過度中由著絲粒遷移到紡錘體中體，最終停留在細胞中體，參與胞質(zhì)分裂[1]。表明INCENP蛋白作為一種在細胞分裂過程中發(fā)揮重要作用的蛋白質(zhì)，也必然影響著動植物的生殖過程。

INCENP在雌性生殖細胞的形成過程中發(fā)揮兩種重要作用： 一方面，INCENP調(diào)控活的卵母細胞中染色體-驅(qū)動的紡錘體微管裝配；另一方面，INCENP對于減數(shù)分裂I中期紡錘體穩(wěn)定在中央赤道板是必需的。Resnick等[17]利用INCENP的QA26等位基因研究CPC在卵母細胞減數(shù)分裂中的復(fù)雜作用，發(fā)現(xiàn)INCENP(QA26)突變體產(chǎn)生了母體效應(yīng)的殺傷力，破壞了聯(lián)會復(fù)合體，導致同源染色體不能配對成功。有絲分裂染色體壓縮、紡錘體連接和功能的發(fā)揮以及胞質(zhì)分裂都離不開INCENP，但是在減數(shù)分裂過程中，INCENP還有其特殊的功能：INCENP突變影響減數(shù)分裂I和II的染色體分離，導致姐妹染色單體在減數(shù)分裂I中過早分離。

INCENP不僅影響生殖細胞的減數(shù)分裂，還關(guān)系著受精之后的胚胎發(fā)育。Leblond等[18]將INCENP有缺陷的非洲爪蟾受精卵轉(zhuǎn)移至宿主青蛙時，發(fā)現(xiàn)受精卵不能進行正常的有絲分裂，結(jié)果表明在卵母細胞成熟時，INCENP的翻譯似乎是卵母細胞胞質(zhì)成熟的一部分，為卵受精后快速有絲分裂做準備。Cutts等[19]利用同源重組、測交等技術(shù)培育了無生育能力的雜合子INCENP突變的后代，培養(yǎng)2.5 d的胚胎有高度分裂現(xiàn)象，沒有明顯的中后期分割，完全沒有中體和微核的形成，大核形態(tài)不規(guī)則。由此可見，INCENP異常表達會嚴重影響染色體分離并導致錯誤的染色質(zhì)聚集、異常核分裂和細胞核間質(zhì)橋的形成，而這些異?，F(xiàn)象造成的物理屏障可阻止細胞分裂。

INCENP在生殖過程中并不是單獨發(fā)揮作用，而是與其他調(diào)控分子協(xié)調(diào)作用。María Teresa Parra等研究了鼠精母細胞中著絲粒的組裝順序，發(fā)現(xiàn)前期I中，染色體乘客復(fù)合體的組分Borealin，INCENP，和Aurora-B在Shugoshin 2和MCAK之前順序地組裝到內(nèi)著絲粒，一旦INCENP靶向到內(nèi)著絲粒，立即通過C末端的IN-BOX結(jié)構(gòu)域結(jié)合Aurora-B[20]。Chang等[21]利用純合子INCENP突變體(EC3747)研究了INCENP在胚胎發(fā)育中的重要作用，發(fā)現(xiàn)INCENP的異常導致有絲分裂缺乏組蛋白H3磷酸化、胞質(zhì)分裂和多倍體的故障，并且周圍神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育缺陷。Aurora激酶是保證中心體功能、染色體分離和胞質(zhì)分裂正常進行的主要調(diào)控分子。Chen 等分離得到了第三種類型的Aurora激酶Aurora -C激酶(Aie1)，然后研究了激酶缺陷型突變體(AURC-KD)在HeLa Tet-Off細胞中的表現(xiàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)AURC-kD的過表達導致細胞分裂的缺陷并誘導多倍體和細胞凋亡，而且AURC-KD過表達還會抑制Aurora -B，BUB1和BUBR1在著絲粒/動粒的定位，降低了組蛋白H3的磷酸化，并破壞INCENP與Aurora -B的聯(lián)系，進一步影響生殖細胞的正常分裂和分化[22]。另外，INCENP可以招募Aurora-C到減數(shù)分裂染色體，而Aurora-C可單獨或與Aurora-B合作在雄性減數(shù)分裂期間調(diào)節(jié)染色體分離[23]。SCP3是減數(shù)分裂特異性結(jié)構(gòu)蛋白，參與聯(lián)會復(fù)合體的形成。研究發(fā)現(xiàn)，在減數(shù)第一次分裂晚前期SCP3和RAD21聚集在著絲粒，并與染色體乘客蛋白INCENP和Aurora-B激酶聯(lián)系在一起，形成一種“雙三角”狀的結(jié)構(gòu)分布在中期著絲粒的內(nèi)部姐妹單極動粒的下方，參與姐妹動粒在減數(shù)分裂I的單極附著。H2A.Z可以直接與染色體臂間異染色質(zhì)結(jié)合蛋白INCENP聯(lián)系，通過裝配一個結(jié)構(gòu)獨特的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、招募特定的核蛋白建立專門的染色體臂間域調(diào)控細胞分裂。

在植物中，配子是由單倍體配子體通過一系列的有絲分裂、細胞分裂和分化形成的。Kirioukhova等通過擬南芥的一種突變體(WYR)在配子細胞中上調(diào)INCENP植物直系同源物的表達，揭示了在植物繁殖中INCENP可控制花粉發(fā)育和受精后胚和胚乳的有絲分裂[24]。有趣的是，早期的研究已經(jīng)證實INCENP和CPC中其他蛋白質(zhì)在動物和植物細胞周期進展中發(fā)揮重要的作用，表明保守的INCENP擁有著共同的祖先。

2.5 INCENP與自然流產(chǎn)

通常將自然狀態(tài)下也就是說非人為因素導致的妊娠不足28周、胎兒體重不足1 000 g而終止妊娠的現(xiàn)象稱為自然流產(chǎn)。自然流產(chǎn)是一種常見的不良妊娠現(xiàn)象，臨床上12%～24%流產(chǎn)屬于自然流產(chǎn)。自然流產(chǎn)發(fā)病原因很多，主要包括染色體異常、母體內(nèi)分泌失調(diào)、母體生殖道的異常、生殖道感染等。早期自然流產(chǎn)中，由染色體異常引起的流產(chǎn)約占56%，且染色體多為非整倍體畸變，如缺體、三體、單體、超二倍性等。有研究發(fā)現(xiàn)染色體異常在自然流產(chǎn)的發(fā)病原因中約占2.3%，由此可見，染色體異常是早期自然流產(chǎn)的重要原因，自然流產(chǎn)可能是異常生命體自然淘汰的過程[25]。著絲粒是參與染色體分離的功能元件，在調(diào)控姐妹染色單體的拆分中起著重要作用。INCENP作為著絲粒特異性蛋白質(zhì)家族的一員，其功能異?？赡軙黾尤旧w異常的發(fā)生幾率，繼而導致自然流產(chǎn)的發(fā)生。

3 INCENP對精子發(fā)生的影響

精子發(fā)生是一個高度復(fù)雜的調(diào)節(jié)過程，性成熟雄性睪丸的曲細精管內(nèi)每天可以產(chǎn)生數(shù)以百萬計的精子，一般分為原始生殖細胞、精原細胞增殖期、初級精母細胞增長期、減數(shù)分裂期和精子形成五個發(fā)育階段。各物種精子發(fā)生周期各不相同，哺乳動物如小鼠從生殖干細胞到成熟精子的全部發(fā)育過程需要34.5 d，精原細胞階段持續(xù)8 d，減數(shù)分裂持續(xù)13 d，精子形成需要13.5 d。而牛精子發(fā)生周期大約60 d，人類精子發(fā)育需要約74 d才能完成。在這一過程中，任一階段的異常都會導致精子質(zhì)量下降。

2014年，Hering等[26]對高低精子活力的荷斯坦奶牛進行了全基因組關(guān)聯(lián)分析，篩查了距離顯著標記1MB區(qū)域的所有基因，發(fā)現(xiàn)了多個與精子品質(zhì)相關(guān)的候選基因，其中INCENP位于顯著SNP標記rs109416157附近，與精子的功能密切相關(guān)，在調(diào)控精子質(zhì)量方面可能具有重要的作用。在精子發(fā)生過程中，細胞分裂和分化貫穿始終，INCENP作為細胞分裂過程中的重要調(diào)控蛋白，必定也會影響生殖細胞的形成。

4 展 望

INCENP作為CPC的重要組分，在細胞分裂和胞質(zhì)分裂過程中發(fā)揮重要的作用。目前側(cè)重于研究INCENP在細胞分裂中的作用，以及INCENP突變導致的惡性腫瘤的發(fā)生，而對于INCENP在精子發(fā)生中的作用研究卻很少。本文提示INCENP與精子的功能密切相關(guān)，可能在精子質(zhì)量調(diào)控方面具有重要的作用。因此在今后的研究中要致力于分析INCENP在調(diào)控精子質(zhì)量方面的作用，闡釋INCENP對動物雄性繁殖的影響。

[1] Cooke C A, Heck M M, Earnshaw W C. The inner centromere protein (INCENP) antigens: movement from inner centromere to midbody during mitosis[J]. J Cell Biol,1987,105(5):2 053-2 067.

[2] Frederick G. Westhorpe, Aaron F Straight. The centromere: epigenetic control of chromosome segregation during mitosis[J]. Cold Spring Harb Perspect Bio, 2014, 7(1): a015818.

[3] Logsdon GA, Barrey EJ, Bassett EA,et al. Both tails and the centromere targeting domain of CENP-A are required for centromere establishment[J]. J Cell Biol,2015, 208(5): 521-531.

[4] Athwal R K, Walkiewicz M P, Baek S, et al. CENP-A nucleosomes localize to transcription factor hotspots and subtelomeric sites in human cancer cells[J]. Epigenetics Chromatin,2015, 8: 2.

[5] Waters A M, Asfahani R, Carroll P, et al. The kinetochore protein, CENPF, is mutated in human ciliopathy and microcephaly phenotypes[J]. J Med Genet. 2015, 52(3): 147-156.

[6] Kung P P, Martinez R, Zhu Z, et al. Chemogenetic evaluation of the mitotic kinesin CENP-E reveals a critical role in triple-negative breast cancer[J]. Mol Cancer Ther,2014,13(8):2 104-2 115.

[7] Mukai R, Ohshima. THTLV-1 bZIP factor suppresses the centromere protein B (CENP-B)-mediated trimethylation of histone H3K9 through the abrogation of DNA-binding ability of CENP-B[J]. J Gen Virol,2015, 96(1): 159-164.

[8] Yuan D, Du X, Shi J, et al. Mixing biomimetic heterodimers of nucleopeptides to generate biocompatible and biostable supramolecular hydrogels[J]. Angew Chem Int Ed Engl,2015,54(19):5 705-5 708.

[9] Cormier A, Drubin DG, Barnes G. Phosphorylation regulates kinase and microtubule binding activities of the budding yeast chromosomal passenger complex in vitro[J]. J Biol Chem,2013, 288(32):23 203-23 211.

[10] Wheatley S P, Kandels-Lewis S E, Adams R R, et al. INCENP binds directly to tubulin and requires dynamic microtubules to target to the cleavage furrow[J]. Exp Cell Res,2001, 262(2):122-127.

[12] Avo Santos M, van de Werken C, de Vries M, et al. A role for Aurora C in the chromosomal passenger complex during human preimplantation embryo development[J]. Hum Reprod,2011, 26(7):1 868-1 881.

[13] Vázquez-Novelle M D, Petronczki M. Relocation of the chromosomal passenger complex prevents mitotic checkpoint engagement at anaphase[J]. Curr Biol,2010,20(15):1 402-1 407.

[14] Hindriksen S, Meppelink A, Lens S M. Functionality of the chromosomal passenger complex in cancer[J]. Biochem Soc Trans, 2015, 43(1): 23-32.

[15] Barbanis S, Ioannou M, Kouvaras E, et al. INCENP (inner centromere protein) is overexpressed in high grade non-Hodgkin B-cell lymphomas[J]. Pathol Oncol Res,2009, 15(1): 11-17.

[16] Kabisch M, Dünnebier T, Ying S. Carcinogenesis. Inherited variants in the inner centromere protein (INCENP) gene of the chromosomal passenger complex contribute to the susceptibility of ER-negative breast cancer[J],2015, 36(2): 256-271.

[17] Resnick T D, Dej K J, Xiang Y, et al. Mutations in the chromosomal passenger complex and the condensin complex differentially affect synaptonemal complex disassembly and metaphase I configuration in Drosophila female meiosis[J]. Genetics,2009, 181(3): 875-887.

[18] Leblond G G, Sarazin H, Li R, et al. Translation of incenp during oocyte maturation is required for embryonic development in Xenopus laevis[J]. Biol Reprod,2012, 86(5):1-8.

[19] Cutts S M, Fowler K J, Kile B T,et al. Defective chromosome segregation, microtubule bundling and nuclear bridging in inner centromere protein gene (Incenp)-disrupted mice[J]. Hum Mol Genet,1999, 8(7):1 145-1 155.

[20] Parra M T, Gómez R, Viera A, et al. Sequential assembly of centromeric proteins in male mouse meiosis[J]. PLos Genet,2009, 5(3): e1000417.

[21] Chang C J, Goulding S, Adams R R, et al. Drosophila Incenp is required for cytokinesis and asymmetric cell division during development of the nervous system[J]. J Cell Sci,2006, 119(Pt 6):1 144-1 153.

[22] Chen H L, Tang C J, Chen C Y,et al. Overexpression of an Aurora-C kinase-deficient mutant disrupts the Aurora-B/INCENP complex and induces polyploidy[J]. J Biomed Sci,2005, 12(2): 297-310.

[23] Tang C J, Lin C Y, Tang T K. Dynamic localization and functional implications of Aurora-C kinase during male mouse meiosis[J]. Dev Biol,2006, 290(2): 398-410.

[24] Kirioukhova O, Johnston A J, Kleen D, et al. Female gametophytic cell specification and seed development require the function of the putative Arabidopsis INCENP ortholog WYRD[J]. Development,2011,138(16): 3 409-3 420.

[25] Liu Y, Liu Y, Zhang S, et al. Etiology of spontaneous abortion before and after the demonstration of embryonic cardiac activity in women with recurrent spontaneous abortion[J]. Int J Gynaecol Obstet,2015, 129(2): 128-132.

[26] Hering D M, Olenski K, Kaminski S. Genome-wide association study for poor sperm motility in Holstein-Friesian bulls[J]. Anim Reprod Sci,2014, 146(3-4):89-97.

Research Progress in Inner Centromere Protein Gene

LIU Juan1,2，JIANG Qiang2，SUN Yan2，YANG Chun-hong2，ZHONG Ji-feng2， WANG Chang-fa2*，LIU Bao-shen1

(1.CollegeofAgronomicSciences，ShandongAgriculturalUniversity,Taian,Shandong250014,China; 2.DairyCattleResearchCenter,ShandongAcademyofAgriculturalScience,Jinan,Shandong250131,China)

As an important member of chromosomal passenger protein complex, inner centromere protein (INCENP) plays a significant role in mitosis and meiosis. Recent studies showed that INCENP displayed a major impact on sperm function and was closely related to animal reproduction. This paper summarized research progress in structure and function of INCENP as well as correlation with spermatogenesis, aiming to provide theoretical guidance for reproductive research.

INCENP; spermatogenesis; reproduction

2015-04-04

2015-06-01 [基金項目] 山東省農(nóng)業(yè)良種工程種質(zhì)創(chuàng)新應(yīng)用項目(2014LZ); 崗位科學家(CARS-37); 國家自然基金(No.31401049, 31401050);山東省農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系牛產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新團隊 (SDAIT-12-011-02)

劉 娟(1990-)，女，山東泰安人，碩士，主要從事遺傳學研究。E-mail:liujuanid@163.com

*[通訊作者] 王長法(1967-)，男，江蘇淮安人，博士，研究員，研究方向：動物遺傳育種與繁殖。E-mail: wangcf1967@163.com

S811.6

A

1005-5228(2015)09-0007-06