果蝇生殖细胞piRNA通路中RDC复合物的结构及功能研究

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生物体基因组中存在着大量的转座子元件,转座子可以产生很多拷贝并插入基因组新的位置。在生殖细胞中,遗传信息通过基因组从亲代传递到子代,转座子的随意插入可能会破坏基因组的完整性和稳定性,导致细胞的死亡以及生物体的不育,因此生殖细胞的转座子调控机制至关重要。在动物体内,piRNA通路是调控转座子沉默的关键。piRNA是一类长度约为24-32个核苷酸的非编码小RNA,它们特异性地与Argonaute蛋白家族的PIWI亚家族蛋白结合,形成piRNA沉默复合体(pi-RISC),在转录水平以及转录后水平对转座子进行沉默。piRNA的缺失会使转座子去抑制和基因组损失,导致生殖腺发育的缺陷。因此,piRNA通路介导的转座子沉默是动物繁殖所必需的。  目前,piRNA通路的研究主在黑腹果蝇以及小鼠中开展。然而,piRNA的形成过程以及对转座子的沉默过程,仍然存在很多不清楚的地方。所研究的Rhino(Rhi)蛋白是异染色质蛋白(HP1)家族的一员,在果蝇卵巢中特异性表达。Rhino的突变会导致转座子激活以及雌性不育。Rhino由两个保守的结构域组成,N端的chromodomain结构域(CD)和C端的chromoshadow结构域(CSD),中间由很长的铰链区连接。解析了高分辨率Rhino chromodomain结构域与H3K9me3多肽的复合物结构。和其他已经解析的chromodomain结构域蛋白一样,Rhino chromodomain结构由三个保守的芳香族氨基酸形成芳香笼,特异性结合三甲基化赖氨酸,任何一个芳香族氨基酸突变都会影响Rhino对H3K9me3的识别。还发现Rhino chromodomain结构域以一种特殊的二聚体形式存在。体内外实验均证明,chromodomain结构域中芳香笼的完整性及其二聚体形式,都是Rhino正常发挥功能的前提。我们的研究可能为Rhino对双链piRNA簇的特异性识别提供比较关键的信息。  目前的研究认为,Rhino与Deadlock(Del)、Cutoff(Cuff)形成RDC复合物,共同调控双链piRNA簇的转录。验证了Rhino与Deadlock之间的相互作用。利用酵母双杂交的方法,发现Rhino的chromoshadow结构域与Deadlock N端的60个氨基酸有相互作用。随后解析了Rhino chromoshadow结构域与Deadlock N端的复合物结构,并对找到关键氨基酸进行了验证。首次从结构角度对Rhino与Deadlock的相互作用进行了证明。
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