人体平均每天有1000亿个细胞发生分裂，大部分时候机体的细胞分裂正常进行。但有时细胞复制过程发生异常则会引起染色体畸形而导致多种病征例如癌症、唐氏综合征等。近日宾夕凡尼亚州大学医学院的研究者们对CENP-A蛋白的分子结构进行了鉴定。CENP-A蛋白曾被证实在着丝粒的形成过程中起关键作用，CENP-A可将着丝粒变成一个DNA和蛋白的复合物，而且确保着丝粒在细胞分裂中完好无损。CENP-A的存在确保了人体有几乎完全相同的染色体组。CENP-A功能失常将导致细胞分裂过程中发生染色体分离异常。
宾夕凡尼亚州大学医学院生物化学及生物物理学系助理教授Ben Black博士和Black实验室的博士后Nikolina Sekulic在9月16日的《自然》（Nature）杂志上发表文章描述了CENP-A分子的结构。
Black 说：“我们第一次获得了CENP-A分子的高分辨率图像，这是过去150年来生物学此方面研究的一个重要的里程碑。”
过去的15年研究人员发现细胞分裂是受到遗传学及表观遗传学过程共同调控的过程。无论是DNA编码序列的异常或是组蛋白与DNA结合紧密程度的改变均可能影响细胞分裂。表观遗传学改变了遗传密码的读取，在某些情况下可以引起基因表达的上调或下降。CENP-A对于染色体着丝粒的位置起决定作用，因而被认为是重要的表观遗传学标记蛋白。
然而一直以来研究人员对于CENP-A如何确定着丝粒的位置，并影响遗传特性的机制并不清楚。Black研究小组发现CENP-A的结构特性决定了CENP-A标记染色体着丝粒位置的功能。他们证实CENP-A功能异常可导致细胞分裂过程中染色体分离异常。
在新研究中，Black揭示了CENP-A的结构以及其特异性标记染色体着丝粒的机制，并对这个表观遗传学标记在细胞分裂过程中进行正确拷贝的机理进行了推测。他们发现CENP-A改变了核小体的性状，使得它变得更加坚硬。核小体是由DNA与组合蛋白八聚体构成的真核染色体的一种重复结构，核小体的组织对于基因调控极为重要。不同于染色质上的其他区域，在着丝粒位点CENP-A取代组蛋白H3形成核小体，CENP-A核小体重复拷贝形成一个特异的表观遗传区域。
在细胞分裂期间CENP-A着丝点与其他蛋白质组成一个致密的颗粒状结构动粒，在细胞分裂过程中牵拉复制染色体发生分离。
Black认为他们的研究大大推动了研究者深入了解CENP-A分子维持人类遗传特性的机制，同时他还预测这个关键的表观遗传元件在不久的将来将有可能通过遗传工程被运用于人工染色体的构建。（生物谷Bioon.com）
原文摘要:
Nature doi:10.1038/nature09323
The structure of (CENP-A–H4)2 reveals physical features that mark centromeres
Nikolina Sekulic,Emily A. Bassett,Danielle J. Rogers& Ben E. Blackblackbe et al.
Centromeres are specified epigenetically, and the histone H3 variant CENP-A is assembled into the chromatin of all active centromeres1. Divergence from H3 raises the possibility that CENP-A generates unique chromatin features to mark physically centromere location. Here we report the crystal structure of a subnucleosomal heterotetramer, human (CENP-A–H4)2, that reveals three distinguishing properties encoded by the residues that comprise the CENP-A targeting domain (CATD; ref. 2): (1) a CENP-A–CENP-A interface that is substantially rotated relative to the H3–H3 interface; (2) a protruding loop L1 of the opposite charge as that on H3; and (3) strong hydrophobic contacts that rigidify the CENP-A–H4 interface. Residues involved in the CENP-A–CENP-A rotation are required for efficient incorporation into centromeric chromatin, indicating specificity for an unconventional nucleosome shape. DNA topological analysis indicates that CENP-A-containing nucleosomes are octameric with conventional left-handed DNA wrapping, in contrast to other recent proposals3, 4, 5, 6. Our results indicate that CENP-A marks centromere location by restructuring the nucleosome from within its folded histone core.
