人类基因组DNA以染色体形式存在于细胞核中。染色体由基因组DNA缠绕在组蛋白上形成的核小体大量串联而成的。细胞分裂时，需要将染色体准确分配到新的细胞中。此时发挥重要作用的，是染色体上被称为“着丝粒”（Centromere）的区域。在着丝粒中，一种名为CENP-A的特殊组蛋白取代通常的组蛋白H3被嵌入到核小体，作为动粒形成时的标记发挥作用。然而，细胞中实际形成的CENP-A核小体具有怎样的结构，此前一直未被充分阐明。
东京大学定量生命科学研究所的胡桃坂仁志教授、九州大学生体防御医学研究所的大川恭行教授等人组成的联合研究团队，从过表达CENP-A的人类细胞中纯化出CENP-A核小体，并通过冷冻电镜解析出包含2分子CENP-A的核小体，以及包含1分子CENP-A和1分子通常型组蛋白H3的核小体的立体结构。这一成果为理解细胞内CENP-A核小体的多样性以及着丝粒的形成机制奠定了全新基础。相关研究成果已发表于《Communications Biology》。
图1 解析从人类细胞中纯化的CENP-A核小体结构（供图：东京大学）
图2 染色体上着丝粒区域的结构（左）与染色体分配模式图（右）（供图：东京大学）
研究人员通过免疫沉淀法从过表达CENP-A的人类细胞中纯化出CENP-A核小体，并进行了冷冻电镜立体结构解析和DNA碱基序列解析。
通过冷冻电镜解析，明确了包含2分子CENP-A的CENP-A核小体，以及包含1分子CENP-A和1分子通常型组蛋白H3的CENP-A/H3核小体的立体结构。这种结构表明，细胞内形成的CENP-A核小体中可能存在具备不同组蛋白成分的类型。
此外，从获得的高分辨率结构中证实，相较于普通H3核小体，CENP-A核小体的DNA末端会呈现柔性更强的结构，并且会在核小体表面形成CENP‑A所特有的RG环。这些特征都是此前在体外重构的CENP‑A核小体中已知的特征，而此次发现这些特征同样也存在于细胞内生成的核小体当中。
另外，通过测序分析发现，源自CENP-A核小体的DNA除着丝粒区域外，还广泛分布于整个基因组中。这表明，当CENP-A过表达时，会在原本着丝粒以外的区域也形成CENP-A核小体。CENP-A过表达已在多种癌症中被报道，而CENP-A异常嵌入着丝粒以外的染色体区域，已知会导致染色体分配异常和染色体不稳定性。
因此，此次阐明的CENP-A异常嵌入及其核小体结构，也可能成为理解癌细胞中染色体异常机制的重要线索。
今后，通过推进针对内源性CENP-A以及着丝粒特异性结合因子的分析，有望进一步阐明着丝粒定位的CENP-A核小体结构，以及驱动动粒形成的分子机制。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Communications Biology
论文：Cryo-EM structures of CENP-A nucleosomes isolated from human cells
DOI：10.1038/s42003-026-10946-x
