Nature子刊,|,中科院雷鸣等揭示了减数分裂时的端粒结构,对减数分裂第一阶段的进展十分重要

染色体与它们的同源伙伴配对和协同工作,以便在减数第一次分裂中正确地进行分离。为了允许同源染色体的分离,同源染色体在减数分裂第一阶段进行亲密配对、重组和突触。在小鼠中对SUN1或KASH5的敲除会导致同源配对和减数分裂停止的缺陷,这表明减数分裂LINC复合物在减数分裂期进展中的重要作用。

来源:iNature Life(ID:iNature_Lifes)

染色体与它们的同源伙伴配对和协同工作,以便在减数第一次分裂中正确地进行分离。端粒与由SUN1和KASH5组成的LINC(核骨架和细胞骨架的连接体)复合体的联系使端粒主导的染色体运动,促进同源物的精确配对。

2021年5月26日,来自中科院分子细胞科学卓越研究中心的雷鸣,上海交通大学Huang Chenhui等研究团队在Nature Communications上在线发表了题为“TheSUN1-SPDYA interaction plays an essential role in meiosis prophase I”的研究论文,确定了SUN1和Speedy A(SPDYA)之间的直接相互作用,并确定了人类SUN1-SPDYA-CDK2三元复合物的晶体结构。

减数分裂通过单轮DNA复制产生单倍体配子,然后进行两次连续的核分裂,分别进行同源分离和姐妹染色体分离。为了允许同源染色体的分离,同源染色体在减数分裂第一阶段进行亲密配对、重组和突触。

端粒附着在核内膜(INM)上,随后在第一阶段沿INM移动是减数分裂中的一个保守现象,对同源搜索、重组和突触至关重要。在哺乳动物中,由KASH5和SUN1组成的减数分裂特异性LINC复合物为端粒提供了结合点,以传递细胞骨架力量来调节端粒的动态。

在小鼠中对SUN1或KASH5的敲除会导致同源配对和减数分裂停止的缺陷,这表明减数分裂LINC复合物在减数分裂期进展中的重要作用。虽然很清楚SUN1定义了端粒的INM附着点,但这种相互作用的性质和它的调节仍然是未知的。

除了LINC复合体,另一个INM相关的复合体由减数分裂特定的结构分子TERB1,TERB2(端粒重复结合花束形成蛋白1和2)和MAJIN(膜锚定连接蛋白)组成,最近被确认为通过与庇护蛋白TRF1的直接互动将端粒拴在INM上。

破坏TERB1-TERB2-MAJIN(TTM)复合物会导致端粒从INM中完全耗尽,并且废除端粒和LINC复合物之间的联系,这表明TTM依赖性的端粒-INM附着对于端粒-LINC复合物的连接是至关重要的。

除了LINC和TTM复合物,Speedy/RINGO(卵母细胞G2/M进展的快速诱导剂)A(SPDYA)和CDK2(细胞周期蛋白依赖性激酶2)也被证明在减数分裂第一阶段期间端粒固定在INM上发挥重要作用。敲除SPDYA或CDK2都会导致同样的减数分裂缺陷,包括累积的核质端粒和带有异常突触的减数分裂期停止,这意味着SPDYA和CDK2很可能在调节端粒-INM附着方面一起发挥作用,因此对减数分裂早期I期的同源配对至关重要。然而,目前还不清楚SPDYA和CDK2是如何调节端粒附着在INM上的,以及这个过程是如何与LINC复合体调节的端粒在INM上的移动相联系的。

该研究确定了SUN1和SPDYA之间的直接相互作用,确定了SUN1-SPDYA-CDK2三元复合物的晶体结构,并提供了体内证据表明SUN1-SPDYA介导的LINC-端粒连接对于组装一个核包膜(NE)附着的环形端粒超分子复合物是必不可少的,该复合物在减数分裂第一阶段的进展中发挥着重要作用。

总之,该研究结果为减数分裂端粒结构提供了结构上的见解,这种结构对于减数分裂第一阶段的进展是至关重要的。

参考文献:

https://www.nature.com/articles/s41467-021-23550-w#Abs1

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