麻錦彪課題組在雌性減數(shù)分裂阻滯蛋白MARF1的結(jié)構(gòu)和功能研究中取得新進(jìn)展
近日，我院遺傳工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室麻錦彪教授課題組與南京醫(yī)科大學(xué)生殖醫(yī)學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室蘇友強(qiáng)教授課題組合作，在雌性減數(shù)分裂阻滯蛋白MARF1的結(jié)構(gòu)和功能研究中取得重要進(jìn)展。10月15日，相關(guān)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細(xì)胞RNA穩(wěn)態(tài)和基因組完整性）為題在線發(fā)表于《美國(guó)科學(xué)院院報(bào)》（Proc Natl Acad Sci U S A，PNAS）。
卵細(xì)胞成熟是一個(gè)復(fù)雜的生理過(guò)程，精準(zhǔn)的控制這些步驟才可以產(chǎn)生一枚高質(zhì)量成熟卵子。蘇有強(qiáng)教授之前的研究發(fā)現(xiàn)，MARF1是一個(gè)雌性小鼠的減數(shù)分裂調(diào)節(jié)蛋白。該基因突變的雌性小鼠不能恢復(fù)減數(shù)分裂從而產(chǎn)生了一個(gè)非成熟的卵子，但是該基因的突變的雄性小鼠是正常的。marf1突變特異性導(dǎo)致卵母細(xì)胞內(nèi)的一部分mRNA水平上升，而其中編碼磷酸酶PP2A-β催化亞基（PPP2CB）mRNA水平上升是導(dǎo)致卵母細(xì)胞不能恢復(fù)減數(shù)分裂的關(guān)鍵。然而，MARF1具體的調(diào)控機(jī)理仍然不清楚， 尤其mRNA轉(zhuǎn)錄后調(diào)控以及反轉(zhuǎn)座子沉默的機(jī)制需要進(jìn)行更加深入的研究。
本研究解析了MARF1關(guān)鍵結(jié)構(gòu)域的晶體結(jié)構(gòu)，并通過(guò)生化分析證明MARF1是控制卵母細(xì)胞減數(shù)分裂進(jìn)程和反轉(zhuǎn)座子調(diào)控的核糖核酸酶。MARF1的N末端NYN結(jié)構(gòu)域與Vap0982、T4 RNase H和MCPIP1的核酸酶結(jié)構(gòu)域相似，包含4個(gè)保守的天冬氨酸殘基D178、D215、D246和D272。MARF1的C端LOTUS/OST-HTH結(jié)構(gòu)域采用螺旋翻轉(zhuǎn)螺旋折疊，并能夠結(jié)合單鏈和雙鏈RNA(ssRNA和dsRNA)。MARF1在體外可以切割ssRNA，但這種酶切活性被其NYN結(jié)構(gòu)域的保守天冬氨酸的突變和LOTUS/OST-HTH結(jié)構(gòu)域的截?cái)嗨Ｍ瑫r(shí)，體內(nèi)的研究表明D272突變導(dǎo)致小鼠雌性不育表型，減數(shù)分裂恢復(fù)失敗，Line1和Iap反轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)錄本升高，卵母細(xì)胞DNA雙鏈斷裂?？傊?，通過(guò)結(jié)合體外結(jié)構(gòu)生物學(xué)和生物化學(xué)及體內(nèi)的功能研究，這個(gè)工作闡明了MARF1作為核糖核酸酶，是控制卵母細(xì)胞減數(shù)分裂和基因組完整性的RNA降解過(guò)程中的卵母細(xì)胞特異性執(zhí)行者，為未來(lái)女性不育的診斷和治療提供了基礎(chǔ)。
圖1. 雌性減數(shù)分裂阻滯蛋白MARF1的NYN結(jié)構(gòu)域和LOTUS結(jié)構(gòu)域的晶體結(jié)構(gòu)
以及根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的突變體的體外活性及造成卵母細(xì)胞成熟阻滯結(jié)果示意圖
復(fù)旦大學(xué)麻錦彪教授和南京醫(yī)科大學(xué)生殖醫(yī)學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室蘇友強(qiáng)教授為共同通訊作者，復(fù)旦大學(xué)博士研究生姚青青和南京醫(yī)科大學(xué)博士研究生曹廣義為本文并列第一作者。麻錦彪教授研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)MARF1蛋白NYN和LOTUS1結(jié)構(gòu)域的三級(jí)結(jié)構(gòu)解析以及體外的核酸酶切和核酸結(jié)合相關(guān)研究工作，蘇友強(qiáng)教授研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)MARF1小鼠體內(nèi)功能的研究工作。麻錦彪教授課題組的研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中組部千人計(jì)劃、遺傳工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的經(jīng)費(fèi)支持。
（論文鏈接：http://www.pnas.org/content/early/2018/10/16/1809744115）
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