Plant Physiol. | TPXL3蛋白激活Aurora激酶活性调控有丝分裂并影响胚胎发育

真核生物细胞周期包含分为间期与分裂期两个阶段，间期又分为G1期，S期和G2期。细胞周期的调控往往涉及多种蛋白质的翻译后修饰，比如蛋白质的磷酸化，泛素化，乙酰化等等。蛋白质磷酸化修饰的增加或删除分别由激酶和磷酸酶所介导。Aurora是一个进化上十分保守的激酶，在细胞周期的多个步骤均发挥着重要作用。脊椎动物的Aurora可以分为Aurora A和B/C。Aurora A定位于中心体和纺锤体微管，在那里Aurora A的激酶活性被微管相关蛋白TPX2激活，进而磷酸化其他微管相关蛋白，促进纺锤体的形成并调控纺锤体的动态变化【1】。而Aurora B可以与染色体乘客复合物（chromosomal passenger complex, CPC）结合，CPC复合物可同时与染色体的着丝粒以及纺锤体的微管相互作用。Aurora B与CPC复合物结合后可以调节有丝分裂过程姐妹染色单体的分离【2】。有意思的是Aurora A的激酶活性可以被TPX2所激活，Aurora B却不能，TPX2区别Aurora A和Aurora B 仅仅依赖于Aurora A和Aurora B的激酶结构域附近有一个氨基酸的差异【3】。

相比于脊椎动物，植物中关于Aurora对细胞周期的影响以及关于Aurora互作蛋白和磷酸化底物还研究甚少。模式植物拟南芥同样存在三个Aurora蛋白，根据进化分析和亚细胞定位可以分为α Aurora (AUR1 and AUR2) 和β Aurora (AUR3)。不同于脊椎动物只含有一个TPX2，拟南芥中除了一个TPX2，还有8个与TPX2序列非常相似的TPX-Like 蛋白（TPXL1-8），表明TPX家族基因在植物里进行了扩张【4】。但对于这些TPXL蛋白的功能，他们对于Aurora活性的影响还是完全未知的。

近日，比利时根特大学（Ghent University）的Daniel Van Damme团队系统解析了拟南芥TPXL蛋白的功能，相关结果以TPX2-LIKE PROTEIN 3 is the primary activator of α Aurora kinases and is essential for embryogenesis为题发表在Plant Physiology上，该研究证明了TPXL3蛋白可以激活α Aurora的激酶活性，并且是拟南芥胚胎发育所必需的。

研究者首先利用串联亲和纯化结合质谱技术鉴定到拟南芥TPX家族的TPX2，TPXL2以及TPXL3可以和AUR1及AUR2相互作用，这种互作进一步被酵母双杂以及在烟草表皮细胞中进一步验证。在烟草系统中，AUR1单独存在时，AUR1弥散的分布于细胞质和细胞核中，而分别与TPX2，TPXL2以及TPXL3共表达时，AUR1与这些蛋白共定位于细胞核中的微管上，表明TPX蛋白介导了AUR1的入核过程并且不同的TPX蛋白会将AUR1蛋白招募到不同的微管结构上。通过体外的激酶活性分析证明，TPX2，TPXL2和TPXL3都可以在体外显著提高AUR1的激酶活性，表达分析表明TPX2，TPXL，TPXL3与AUR1和AUR2共表达于细胞分裂旺盛的茎尖分生组织，根尖分生组织，发育中的雌蕊，胚珠和花药等部位。

Co-localization of TPX2, TPXL2 and TPXL3 with AUR1

研究者进一步分析了TPX2，TPXL2和TPXL3对于AUR1在拟南芥中定位，以及植物发育的影响。不同于脊椎动物中的研究结果，拟南芥tpx2 突变体中AUR1的蛋白定位跟对照相比完全没有异常，说明在影响AUR1定位方面，TPX2和其他蛋白存在功能冗余。tpx2 突变体的发育也完全正常，tpx2 tpxl2 双突变体与tpx2 类似。而tpxl3 的纯合突变导致胚胎致死，阻碍了在tpxl3纯合背景下观察AUR1的蛋白定位，同时也表明TPXL3是拟南芥的胚胎发育所必需的。tpxl3杂合突变体的果夹明显变短，果夹中含有大量败育的胚珠和畸形的种子，研究者认为这些败育的胚珠主要是由于tpxl3突变导致有丝分裂周期延长，雌配子体发育滞后不能正常受精造成的。

tpxl3-1+/-and tpxl3-2+/- plants show a high percentage of aborted ovules and some aborted seeds

综上所述，该研究指表明了拟南芥TPX蛋白可以激活Aurora的激酶活性并影响Aurora的蛋白定位，并且指出TPXL3对拟南芥胚胎发育是必不可少的。加深了我们对于Aurora这个进化上非常保守的激酶调控模式的认识，也丰富了有丝分裂过程染色体分离调控的相关机制。

参考文献

【1】Kufer, T.A., Sillje, H.H., Korner, R., Gruss, O.J., Meraldi, P., and Nigg, E.A. (2002). Human TPX2 is required for targeting Aurora-A kinase to the spindle. J Cell Biol 158, 617-623.

【2】Carmena, M., and Earnshaw, W.C. (2003). The cellular geography of aurora kinases. Nat Rev Mol Cell Biol 4, 842-854.

【3】 Fu, J., Bian, M., Liu, J., Jiang, Q., and Zhang, C. (2009). A single amino acid change converts Aurora-A into Aurora-B-like kinase in terms of partner specificity and cellular function. Proc Natl Acad Sci USA 106,

6939-6944

【4】 Demidov, D., Van Damme, D., Geelen, D., Blattner, F.R., and Houben, A. (2005). Identification and dynamics of two classes of aurora-like kinases in Arabidopsis and other plants. Plant Cell 17, 836-848.

www.plantphysiol.org/content/early/2019/05/16/pp.18.01515