J Cell Sci:中心體複製調控新機制

中心體由一對具有桶狀微管結構的中心粒和圍繞在其周圍無定形的中心粒周圍物質組成，在間期細胞中調節微管的數量、極性和空間分布，為細胞主要的微管組織中心。此外, 中心體還參與紡錘體組裝、有絲分裂和纖毛髮生等一系列重要的細胞生物過程。中心體數目或結構異常是導致有絲分裂出錯的主要原因之一，研究表明，中心體異常與多種惡性腫瘤和纖毛病等疾病的發生有著密切的聯繫。

中心體在每個細胞周期中會複製，成熟，並隨細胞分裂被平均分配到子代細胞中。雖然中心體周期的過程在多年前就已被描述, 但對其分子水平上的調控過程仍然知之甚少。正常情況下, 在一個細胞周期內中心粒只能複製出一次，並且一個母中心粒只能複製出一個子中心粒,  表明在中心體複製過程中存在精確的調控機制。PLK4是保羅樣蛋白激酶家族的新成員，有明顯區別於該家族其他成員的獨特功能。PLK4對中心體複製過程的起始和新中心粒的組裝至關重要。在缺少PLK4的細胞中, 中心體複製過程完全不能進行；相反，PLK4過表達會導致複製過程失控，在每個母中心粒周邊生成多個子中心粒，並存在劑量依賴，同時，這一過程中PLK4的激酶活性是必須的。因此，細胞內必須有機制精確調控PLK4活性。

PIPKIγ是一種在細胞中合成PIP2的磷脂醯肌醇激酶。梅奧醫學中心的博士後研究員徐清問博士等在研究中意外發現PIPKIγ定位於中心體。和PLK4一樣，該定位依賴於一個名為CEP152的中心體結構蛋白，並受細胞周期調控。利用三維超高解析度螢光顯微技術，發現PIPKIγ位於中心粒的近端，和PLK4共定位。通過RNA幹擾技術下調PIPKIγ後，細胞中每個母中心粒周邊同時生成多個原中心粒。這種中心粒過度生成的表型在同時下調PLK4後被抑制。相反，在細胞中上調PIPKIγ後，由過表達PLK4或者由細胞周期抑制劑-羥基脲誘導的中心粒複製失控表型被抑制。表明PIPKIγ是一種中心體複製的新型負向調控分子。進一步研究發現，PIPKIγ可以直接結合PLK4的隱藏保羅樣（cryptic polo box）結構域，並部分抑制PLK4激酶活性，提示PIPKIγ可能通過作用於PLK4實現調控功能。

該研究屬國際上首次報導一個磷脂醯肌醇激酶在中心體定位並負向調控中心體複製，對在分子機制上闡述中心體複製的過程具有重要意義，並有助於理解中心體異常在人類惡性腫瘤和纖毛病等疾病過程中的病理機制。該項研究在美國明尼蘇達州梅奧醫學中心完成。徐清問博士為本文的第一作者，其2009年畢業於北京大學，獲理學博士學位，現為梅奧醫學中心博士後研究員。凌堃博士為本文的通訊作者，其2001年畢業於中科院上海生物化學與細胞生物學研究所，獲理學博士學位，現為梅奧醫學中心助理教授。

生物谷推薦英文摘要：

Journal of cell science     doi: 10.1242/jcs.141465   

Type Iγ phosphatidylinositol phosphate kinase targets to the centrosome and restrains centriole duplication

Qingwen Xu, Yuxia Zhang, Xunhao Xiong, Yan Huang, Jeffery L. Salisbury, Jinghua Hu and Kun Ling

Centriole biogenesis depends on the Polo-like kinase PLK4 and a small group of structural proteins. The spatiotemporal regulation of these proteins at pre-existing centrioles is critical to ensure that centriole duplication occurs once per cell cycle. Here we report that type Iγ phosphatidylinositol-4-phosphate 5-kinase (PIPKIγ) plays an important role in centriole fidelity. Depending upon an association with CEP152, PIPKIγ localized in a ring-like pattern in the intermediate pericentriolar materials around the proximal end of the centriole in G1, S, and G2 phases, but not in M phase. Without detaining cells in S or M phase, depletion of PIPKIγ led to centriole amplification in a PLK4/SAS-6 dependent manner. Expression of exogenous PIPKIγ reduced centriole amplification resulted from endogenous PIPKIγ depletion, hydroxyurea treatment, or PLK4 overexpression, suggesting that PIPKIγ likely functions at the PLK4 level to restrain centriole duplication. Importantly, we found that PIPKIγ bound to the cryptic Polo-Box domain of PLK4 and this binding reduced PLK4 kinase activity. Together, our findings suggest that PIPKIγ is a novel negative regulator of centriole duplication by modulating the homeostasis of PLK4 activity.