麻锦彪课题组在雌性减数分裂阻滞蛋白MARF1的结构和功能研究中取得新进展
发布时间:2018-10-19  阅读次数:390

       近日,我院遗传工程国家重点实验室麻锦彪教授课题组与南京医科大学生殖医学国家重点实验室苏友强教授课题组合作,在雌性减数分裂阻滞蛋白MARF1的结构和功能研究中取得重要进展。10月15日,相关研究成果以“The ribonuclease activity of MARF1 controls oocyte RNA homeostasis and genome integrity in mice”(MARF1蛋白的核糖核酸酶活性控制小鼠卵母细胞RNA稳态和基因组完整性)为题在线发表于《美国科学院院报》(Proc Natl Acad Sci U S A,PNAS)。

      卵细胞成熟是一个复杂的生理过程,精准的控制这些步骤才可以产生一枚高质量成熟卵子。苏有强教授之前的研究发现,MARF1是一个雌性小鼠的减数分裂调节蛋白。该基因突变的雌性小鼠不能恢复减数分裂从而产生了一个非成熟的卵子,但是该基因的突变的雄性小鼠是正常的。marf1突变特异性导致卵母细胞内的一部分mRNA水平上升,而其中编码磷酸酶PP2A-β催化亚基(PPP2CB)mRNA水平上升是导致卵母细胞不能恢复减数分裂的关键。然而,MARF1具体的调控机理仍然不清楚, 尤其mRNA转录后调控以及反转座子沉默的机制需要进行更加深入的研究。

       本研究解析了MARF1关键结构域的晶体结构,并通过生化分析证明MARF1是控制卵母细胞减数分裂进程和反转座子调控的核糖核酸酶。MARF1的N末端NYN结构域与Vap0982、T4 RNase H和MCPIP1的核酸酶结构域相似,包含4个保守的天冬氨酸残基D178、D215、D246和D272。MARF1的C端LOTUS/OST-HTH结构域采用螺旋翻转螺旋折叠,并能够结合单链和双链RNA(ssRNA和dsRNA)。MARF1在体外可以切割ssRNA,但这种酶切活性被其NYN结构域的保守天冬氨酸的突变和LOTUS/OST-HTH结构域的截断所消除。同时,体内的研究表明D272突变导致小鼠雌性不育表型,减数分裂恢复失败,Line1Iap反转座子转录本升高,卵母细胞DNA双链断裂。总之,通过结合体外结构生物学和生物化学及体内的功能研究,这个工作阐明了MARF1作为核糖核酸酶,是控制卵母细胞减数分裂和基因组完整性的RNA降解过程中的卵母细胞特异性执行者,为未来女性不育的诊断和治疗提供了基础。

图1. 雌性减数分裂阻滞蛋白MARF1的NYN结构域和LOTUS结构域的晶体结构

以及根据结构设计的突变体的体外活性及造成卵母细胞成熟阻滞结果示意图

 

      复旦大学麻锦彪教授和南京医科大学生殖医学国家重点实验室苏友强教授为共同通讯作者,复旦大学博士研究生姚青青和南京医科大学博士研究生曹广义为本文并列第一作者。麻锦彪教授研究团队负责MARF1蛋白NYN和LOTUS1结构域的三级结构解析以及体外的核酸酶切和核酸结合相关研究工作,苏友强教授研究团队负责MARF1小鼠体内功能的研究工作。麻锦彪教授课题组的研究工作得到了国家自然科学基金、中组部千人计划、遗传工程国家重点实验室的经费支持。

     (论文链接:http://www.pnas.org/content/early/2018/10/16/1809744115

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