有丝分裂启动时，核内弥散的染色质须在有限时间内凝缩为界限分明的染色体。驱动这一过程的分子机器之一是 condensin II——由 SMC2、SMC4 两个 SMC 亚基与 CAP-D3、CAP-G2、CAP-H2 三个 HEAT 重复亚基组成的环状复合物。

与 condensin I 不同，condensin II 在整个细胞周期中持续定位于核内，因而必须处于严格的活性约束之下：凝缩一旦提前启动便不可逆。已知的调控路径是，进入有丝分裂后磷酸化的 M18BP1 竞争性结合 condensin II，排挤间期抑制因子 MCPH1，使复合物向活化状态转变。

由此而来的问题是：M18BP1 如何将一个处于失活状态的复合物，转变为能够稳定结合并压缩 DNA 的分子机器？ 静态结构可以呈现结合前后的构象差异，却无法回答结合之后复合物在 DNA 上如何行为。发表于 Nature Structural & Molecular Biology 的这项工作对此给出了系统回答。Alessandro Vannini 团队采用了两种互为补充的方法：Cryo-EM 给出自抑制的结构基础，LUMICKS C-Trap 动态单分子荧光光镊系统则记录自抑制解除之后的动力学过程。

一、结构提出的问题：一道自主的自抑制

Cryo-EM 在无 DNA 条件下给出的构象显示，CAP-G2 与 SMC2、SMC4 之间存在一组抑制性接触，CAP-D3 的 C 端尾区进一步锁定这一组装状态。condensin II 因此自带一套不依赖 MCPH1 的自主自抑制机制——这也解释了为何单独纯化的复合物在体外几乎不与 DNA 结合。磷酸化的 M18BP1（M18BP1ᴾ）结合于 CAP-G2 表面，引起该区域的构象重排。

至此，结构已经指出了自抑制的位置与解除方式。但构象重排并不等同于功能激活：回到有 DNA 的环境中，复合物是否真的开始结合 DNA、能停留多久、是否施加压缩——这些问题需要在单根DNA 上连续观测。

二、M18BP1ᴾ 如何改变复合物在 DNA 上的行为

回答上述问题需要在同一根 DNA 上同时实现三件事：施加可控张力、分辨单个复合物的位置与去留、在不中断观测的前提下更换溶液。三者分别由不同手段承担——光镊捕获 DNA 两端并提供张力，共聚焦荧光定位荧光标记的单个复合物，多通道层流微流控完成溶液切换。LUMICKS C-Trap 动态单分子荧光光镊系统 将三者合于同一平台同步运行。

研究者据此将单根 48.5 kb 的 λ-DNA 悬于两个链霉亲和素包被的微球之间，以 LD655 标记 condensin II，在恒定张力下连续采集荧光 kymograph。

加入 M18BP1ᴾ 后的差异明确。其一，停留时间延长：平均停留时间由 5.3 ± 0.5s 升至 9.4 ± 0.6 s；双色标记显示二者在 DNA 上共定位，而 M18BP1ᴾ 单独存在时不结合 DNA，说明延长源于稳定复合物的形成。

其二，运动模式改变：扩散系数由 0.11 ± 0.01 降至 0.01 ± 0.003 μm² s⁻¹，下降近一个数量级，复合物由沿 DNA 的一维扩散转入稳定结合状态。

停留时间、扩散系数，以及对核苷酸状态与张力的响应——这些量在一次C-Trap实验中同时获得，与结构数据完美互补。

三、稳定结合之后能否压缩 DNA

稳定结合并不等同于功能。condensin II 的生理职责是把染色质压缩为染色体，因此真正的功能判据是它能否产生可测量的 DNA 压缩。在单根 DNA 上，这一判据是明确的：若 DNA 被蛋白压缩或聚集成簇，重新拉伸时力—距离关系就会偏离裸 DNA 的基准拉伸曲线。

研究者据此设计了松弛—拉伸流程：先在含蛋白的通道中完成结合，再把同一分子移入缓冲液通道，将两端间距由 12 μm 缩短至 5 μm，使 DNA 松弛并为复合物的相互作用留出空间，孵育 1 min 后拉回，同时记录力—距离曲线与荧光图像。

在 M18BP1ᴾ 与 ATP 同时存在时，曲线在短距离区间持续抬高并呈现锯齿形——这是 DNA 被分步压缩、拉伸时又被逐个释放所产生的力起伏；缺少 M18BP1ᴾ 时曲线与裸 λ-DNA 无异。同步记录的荧光图像显示，原本沿 DNA 分散排布的多条轨迹逐渐汇聚为单条高强度轨迹，提示分散的复合物发生缔合，形成可承受外力的蛋白—DNA 簇。

四、结语

结构确定状态，单分子观测记录过程。在这项工作中，Cryo-EM 定位了自抑制的分子接触，而"解除之后是否真正启动"这一判断，只能由 C-Trap 在 DNA 上的连续轨迹给出。这也是染色体结构维持研究中正在成型的一种方法组合。

参考文献

Borsellini A, Chamera S, Cecatiello V, Andrecka J, Vannini A. Mechanism of M18BP1-mediated activation of condensin II for mitotic DNA compaction. Nature Structural & Molecular Biology. 2026. doi:10.1038/s41594-026-01902-8