中科院遗传所PNAS发表新成果

　　2016年09月10日讯 程序性双链断裂（DSB）的形成，是同源重组的一个先决条件。联会丝复合体（SC），称为减数分裂特定的蛋白质结构，为同源重组提供了一个适当的框架。两者在减数分裂中都是必不可少的。据证明，在有丝分裂过程中，p31comet通过间接激活后期促进因子/细胞周期体状态，而在细胞分裂中期向后期的过渡中发挥着重要的作用，但是减数分裂背后的根本功能，仍然是难以捉摸的。

　　在国际学术期刊《PNAS》发表的一项研究中，来自中科院遗传与发育生物学研究所和淮阴师范学院的研究人员表明，水稻同源基因P31comet参与了减数分裂。这些研究结果揭示了P31comet通过与CENTRAL REGION COMPONENT 1 （CRC1）合作，在调节减数分裂DSB形成和SC装配中发挥的作用。这些研究结果揭示了P31comet在水稻减数分裂中的功能，从而可能揭示了这个蛋白在植物中的一个特殊作用。

　　在减数分裂过程中，同源重组对于保证精确可靠的染色体分离，以及在遗传信息的多样化等过程中，起着至关重要的作用。减数分裂重组是由DNA双链断裂（DSBs）的形成而诱导的，通过Spo11催化--古细菌拓扑异构酶（TopoVIA）一个亚基的功能性同源基因。在酿酒酵母中，九个相关的蛋白质，包括Mre11、Rad50、Xrs2、Ski8、Rec102、Rec104、Rec114、Mei4和Mer2，是促进Spo11的催化反应所必需的。在粟酒裂殖酵母中，七个DSB形成相关蛋白已被确定。Rec6已被确定为保证减数分裂DSB形成的一个重要组成部分，并且它分别与rec12和rec14形成了一个复合物，Spo11和Ski8的直系同源物。此外，该Mde2蛋白--在酿酒酵母中缺乏一个同源基因，也是DSB形成所必需的。然而，Rad50、Mre11和Xrs2同源基因，对于裂殖酵母以及小鼠和植物DSB的形成是可有可无的，但它们是减数分裂DSB加工所必需的。在小鼠中，除了保守的蛋白Spo11之外，Mei4和Rec114也被确定为参与DSB形成的关键部件。此外，Mei1被公认为是一个重组相关的因素，而在酿酒酵母和裂殖酵母中没有同源基因。最近，有研究认为，小鼠TOPOVIBL蛋白与SPO11形成复合物，并参与减数分裂DSB形成。

　　在植物中，拟南芥AtSPO11-1、AtSPO11-2和AtSPO11-3，与其他Spo11 / topo VIA蛋白质共有序列相似性。AtSPO11-1和AtSPO11-2，作为异源二聚体的一个亚基，对于DSB形成是必不可少的，而AtSPO11-3根本不是DSB形成所必需的。最近有研究发现，古细菌topo VIB亚基（MTOPVIB）的拟南芥同系物，与SPO11-1/2异源二聚体相互作用，并参与DSB形成。除了那些SPO11蛋白家族成员，还有四个成员是拟南芥DSB形成所必需的：AtPRD1、AtPRD2、AtPRD3和AtDFO。AtPRD1与MEI1共有序列相似性。AtPRD2似乎是酵母ScMei4和SpRec24的同系物。AtDFO和AtPRD3是植物特异的蛋白。在水稻中，只有OsSPO11-1、OsSPO11-4、OsSDS和CENTRAL REGION COMPONENT 1 （CRC1）对于DSB的形成是必不可少的。

　　以往的研究已证实，染色体联会可以是独立于或依赖于重组。前者在秀丽隐杆线虫和雌性果蝇中得以主要描述，其中联会复合体（SCs）的形成和重组是独立的。后者是在大多数生物中发现的，包括植物，其中染色体联会依赖于重组。SC是一个高度有序的、阶梯状的蛋白质结构，沿同系物整个长度促进紧密的联系。SC装配开始于前期I，同时形成两个类似的轴向分子（AEs），由中央元件（CEs）连接。水稻有两个AE组件，PAIR2和PAIR3，和一个TF蛋白ZEP1。最近，CRC1一直被公认为是水稻中一个新的SC中心区。它编码一个保守的AAA-ATP酶，并且是Pch2 /甲状腺激素受体相互作用蛋白13（TRIP13）的同系物，后者首次被公认为是芽殖酵母以及线虫、果蝇中的一个粗线期检查点基因。然而，小鼠TRIP13缺陷型性母细胞经历了染色体联会。

　　有丝分裂阻滞缺陷2（MAD2）作为纺锤体组装检查点的一个关键部件，可延迟后期促进复合物/ cyclosome（APC / C）活性的开始。在HeLa细胞中，P31comet首先被确定为一个Mad2相互作用蛋白，并被命名为CMT2。CMT2的过表达可导致分离酶抑制蛋白的过早破坏，并允许退出有丝分裂，而CMT2诱导的细胞死亡的沉默，伴随有短暂的后期延迟。CMT2更名为p31comet是由于其在有丝分裂过程中，彗星样的尾巴定位模式。CMT2/p31comet的主要作用是抵消MAD2功能，进而促进APC/C的激活，从而导致分离酶抑制蛋白和细胞周期蛋白B的降解。研究人员对Mad2-p31comet二聚体的晶体结构进行了分析，认为p31comet是模仿Mad2的结构来抑制Mad2二聚化，从而允许有丝分裂检查点灭活过程中的中期/后期过渡。最近的研究表明，TRIP13与p31comet连接，以分解有丝分裂期检验点复合体（MCC）。

　　在人类细胞中纺锤体组装检查点（SAC）的时候，虽然p31comet作为Mad2的一个相互作用的合作伙伴，但是，CMT2/p31comet在减数分裂中发挥了什么作用，仍不清楚。

　　在这项研究中，研究人员详细描述了水稻P31comet基因，并提出了它在减数分裂中的具体作用。他们发现，水稻P31comet对于SC安装是必不可少的，因为P31comet和ZEP1的共存模式，也因为P31comet和CRC1之间的相互作用。研究人员还发现，P31comet在减数分裂DSB形成中发挥必不可少的作用。尽管他们报道称P31comet在减数分裂进程中发挥至关重要的作用，但是其详细功能还需要更深入的调查。

　　研究人员发现，P31comet与其同系物共有序列同源性，从而表明这些蛋白质可能有共同的祖先。然而，水稻P31comet突变体并没有表现出明显的缺陷，无论是在减数分裂纺锤体组装还是在减数分裂从丝球期到后期I进程的延迟。P31comet在水稻减数分裂中的一个重要功能就是参与DSB形成，模仿其Y2H相互作用蛋白CRC1。CRC1与PAIR1相互作用，并可能在这项DSB形成相关蛋白之间建立了一种桥梁关系。虽然通过酵母双杂交法没有检测到PAIR1和P31comet之间的相互作用，但是研究人员推测，CRC1/P31comet可能与PAIR1协调，以促进DSB的形成。