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      中國科大揭示了線蟲PICS復合物組成機制及其調控piRNA生成和染色體分離的分子機制

      時間:2021-09-23 12:31:34 來源:中國科大新聞網

        piRNA(PIWI-Interacting RNA)是一類與PIWI蛋白相互作用的非編碼小RNA,在轉座子沉默和基因表達調控等方面起到重要作用;了解piRNA的生成機制對于認知piRNA以及其生物學功能具有重要意義。2019年光壽紅課題組與許超課題組合作,在《Cell Reports》發表了參與piRNA生成以及染色體分離過程的復合物(PICS)的相關研究論文。


        近日,中國科大許超教授與光壽紅/馮雪竹教授課題組合作,在Nature Communications發表了題為“Molecular basis for PICS-mediated piRNA biogenesis and cell division”的文章。該研究通過解析線蟲PICS復合物中多個亞復合物結構,包括PICS-1RRM/TOFU-6RRM,PICS1180-200/ERH-2,TOST-134-54/ERH-2的結構,揭示了PICS是由TOFU-6、PICS-1、ERH-2以及PID-1或TOST-1四個亞基以2:2:2:2形成的八聚體。其中PICS-1 RRM結構域二聚化后同時結合兩個TOFU-6 RRM結構域,而PICS-1二聚體和ERH-2二聚體形成四聚體,因而形成TOFU-6/PICS-1/ERH-2六聚體。兩個PID-1或TOST-1分子通過結合ERH-2二聚體而加入PICS,就形成了PICS 八聚體,該結論受到體外體外生化實驗數據的支持,同時突變實驗驗證了PICS亞基相互作用界面殘基對于復合物形成具有重要作用。


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        PICS中3個亞復合物的結構。a、PICS-1RRM與TOFU-6RRM的異四聚體結構;b、ERH-2與PICS-1EBM的已四聚體結構;c、ERH-2與TOST-134-54的異四聚體結構;


        進一步的,通過遺傳學、細胞生物學以及成像實驗發現結構分析及突變實驗獲得的PICS復合物重要界面氨基酸突變,發現PICS復合物各亞基之間細胞內定位互相依賴。而PICS復合物組成缺陷,不但影響復合物形成及其細胞內granule定位,還降低了成熟的piRNA水平并導致有絲分裂及染色體分離異常。本研究綜合運用結構生物學,生物化學,細胞生物學及遺傳學手段,闡明了線蟲中重要因子各自通過結合PICS復合物而實現對其精確時空調控,使PICS復合物通過接納不同亞基以適應不同細胞內功能的機理。


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      a、PICS復合物亞基相互作用網絡圖;b、PICS復合物作用模型。


        中國科大許超教授,光壽紅教授和馮雪竹教授為該文章共同通訊作者。許超課題組王小洋、廖善暉和光壽紅課題組的曾陳明為該論文共同第一作者。研究過程中,中國科學技術大學姚雪彪教授、涂曉明副教授、朱中良副教授、張家海工程師等給予了協作與支持。該研究得到了無膜細胞器與細胞動力學教育部重點實驗室、微尺度國家研究中心、自然科學基金委以及中科院的資助。


        文章鏈接: https://www.nature.com/articles/s41467-021-25896-7


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