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染色体是细胞内遗传物质深度压缩形成的聚合体,易被碱性染料染成深色,所以叫染色体。端粒是存在于真核细胞线状染色体末端的一段DNA-蛋白质复合体,它与端粒结合蛋白一起构成了特殊的“帽子”结构。传统意义上,端粒对于维持染色体长度以及防止染色体融合都是不可或缺的。此外,如今的研究表明,端粒还能在核膜上聚集,使染色体形成花束样结构而促进染色体联会的发生,从而在减数分裂过程中扮演重要角色。 哺乳动物端粒是由一个叫作shelterin的六蛋白复合物(TRF1,TRF2,RAP1,POT1,TPP1,TIN2)以及串联重复的DNA序列构成。其中TRF1、TRF2同时结合在端粒DNA双链区,TPP1-POT1复合物结合在DNA单链区,而TIN2是连接单双链之间的桥梁,能同时结合TRF1、TRF2和TPP1。因此TIN2在端粒复合物中占据一种核心地位。然而,TIN2是如何同时结合TRF1,TRF2和TPP1,以及如何调控这些亚基进行端粒保护功能的都是不清晰的。我们解析了2.2(A)的TIN2-TRF2-TPP1三元复合物晶体结构。我们发现TIN2同时结合TRF2和TPP1的机制。意外的是,TIN22-202是一个TRFH类似的结构域,暗示TRFH结构域是一种古老的介导蛋白质相互作用的结构。我们体内的实验证明,TIN2能形成TIN2-TRF1-TRF2以及TIN2-TPP1-POT1两种亚复合物,这对于端粒的保护至关重要。这一研究证明了TIN2在端粒保护上的重要性。 端粒除了维持染色体长度和防止染色体融合的经典功能之外,现在的研究表明,端粒还参与了有丝分裂和减数分裂。真核细胞染色质通常被组织成域并且会定位于细胞核膜周围,这一现象是在酵母细胞中更加突出。除此之外,染色质与核膜的粘连是依赖细胞周期性调控的,在进入有丝分裂以及减数分裂后期,染色质又会从核膜上脱离下来。在酵母细胞中,异染色质与核膜的粘连依赖的非常重要的一个途径是通过端粒蛋白和核内膜蛋白来完成。在裂殖酵母中端粒与核膜的分子关联以及被报道是由核内膜蛋白Bqt4和端粒蛋白Rap1来完成,然而其具体的相互作用机制以及细胞周期性调控机制并不清楚。我们解析了2.5(A)Bqt4NTD-Rap1BBM复合物的晶体结构,其结构揭示了Bqt4-Rap1相互作用的分子机制。只要打破Bqt4和Rap1之间的相互作用,则会引起端粒无法被招募到核膜上,同时引起减数分裂异常产生畸形孢子。此外,我们在Rap1BBM上找到两个可周期性磷酸化氨基酸残基Ser497和Ser513。这两个残基的磷酸化对Bq4-Rap1之间相互作用起到了完全相反的两种结果:Ser497磷酸化会增强Bqt4-Rap1之间的相互作用,而S513的磷酸化则降低Bqt4-Rap1之间的相互作用,从介导端粒与NE结合的动态调节。我们进一步在结构上表征了Bqt4和Lem2之间的相互作用。值得注意的是,我们随后解析了Bqt4NTD-Lem2BBM的晶体结构,通过Bqt4NTD-Rap1BBM和Bqt4NTD-Lem2BBM结构的比较,发现Bqt4是通过识别相同的基序从而结合Rap1和Lme2,表明Bqt4一个是识别共有序列基序的蛋白质相互作用模块。有趣的是,Bqt4的N末端结构域类似于APSES DNA结合结构域,具有一定的DNA结合活性。破坏的Bqt4-DNA相互作用也会加大端粒与核膜之间的距离,并轻微的导致有缺陷的孢子形成。这些数据表明Bqt4是一种具有多重结合底物的蛋白停泊平台,并在多重角度确保端粒依附到核膜上。