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展
近日，我院遺傳工程國家重點實驗室麻錦彪教授課題組與南京醫(yī)科大學生殖醫(yī)學國家重點實驗室蘇友強教授課題組合作，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胞RNA穩(wěn)態(tài)和基因組完整性）為題在線發(fā)表于《美國科學院院報》（Proc Natl Acad Sci U S A，PNAS）。
卵細胞成熟是一個復雜的生理過程，精準的控制這些步驟才可以產(chǎn)生一枚高質(zhì)量成熟卵子。蘇有強教授之前的研究發(fā)現(xiàn)，MARF1是一個雌性小鼠的減數(shù)分裂調(diào)節(jié)蛋白。該基因突變的雌性小鼠不能恢復減數(shù)分裂從而產(chǎn)生了一個非成熟的卵子，但是該基因的突變的雄性小鼠是正常的。marf1突變特異性導致卵母細胞內(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水平上升是導致卵母細胞不能恢復減數(shù)分裂的關(guān)鍵。然而，MARF1具體的調(diào)控機理仍然不清楚， 尤其mRNA轉(zhuǎn)錄后調(diào)控以及反轉(zhuǎn)座子沉默的機制需要進行更加深入的研究。
本研究解析了MARF1關(guān)鍵結(jié)構(gòu)域的晶體結(jié)構(gòu)，并通過生化分析證明MARF1是控制卵母細胞減數(shù)分裂進程和反轉(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)域的截斷所消除。同時，體內(nèi)的研究表明D272突變導致小鼠雌性不育表型，減數(shù)分裂恢復失敗，Line1和Iap反轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)錄本升高，卵母細胞DNA雙鏈斷裂。總之，通過結(jié)合體外結(jié)構(gòu)生物學和生物化學及體內(nèi)的功能研究，這個工作闡明了MARF1作為核糖核酸酶，是控制卵母細胞減數(shù)分裂和基因組完整性的RNA降解過程中的卵母細胞特異性執(zhí)行者，為未來女性不育的診斷和治療提供了基礎。
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)設計的突變體的體外活性及造成卵母細胞成熟阻滯結(jié)果示意圖
復旦大學麻錦彪教授和南京醫(yī)科大學生殖醫(yī)學國家重點實驗室蘇友強教授為共同通訊作者，復旦大學博士研究生姚青青和南京醫(yī)科大學博士研究生曹廣義為本文并列第一作者。麻錦彪教授研究團隊負責MARF1蛋白NYN和LOTUS1結(jié)構(gòu)域的三級結(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，蘇友強教授研究團隊負責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家自然科學基金、中組部千人計劃、遺傳工程國家重點實驗室的經(jīng)費支持。
（論文鏈接：http://www.pnas.org/content/early/2018/10/16/1809744115）
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