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动物所等揭示减数分裂过程中花束期端粒保护新机制

端粒是存在于真核细胞染色体末端的一小段DNA-蛋白质复合体,对于保持染色体的完整性和控制细胞分裂周期具有不可替代的作用。端粒长度反映细胞复制史及复制潜能,被称作细胞寿命的“有丝分裂钟”。端粒在减数分裂过程中发挥重要作用,减数分裂前期存在一个特殊的时相——花束期。此时,端粒聚集在细胞核内特定的区域,形成类似花束的结构,其对于程序性DSB的修复、同源染色体的联会,以及同源重组的发生具有重要作用。花束期的端粒之间彼此靠近,构成一个异常拥挤的微环境,导致极易发生黏连。但对于减数分裂过程中端粒末端的保护机制的研究尚未有报道。

近日,中国科学院动物研究所李卫研究组利用TRF1敲除小鼠模型研究发现,TRF1作为端粒保护蛋白的成分之一,直接参与到端粒末端向核膜的锚定以及端粒完整性的保护过程中,在精子发生过程中发挥重要作用。研究显示,Trf1的敲除导致雄性小鼠不育,睾丸变小且几乎没有成熟精子产生,这与临床上的无精子症高度相似。组织学检测发现,Trf1敲除的小鼠睾丸中生殖细胞大量丢失,凋亡细胞明显增多。机制研究发现,TRF1的缺失破坏端粒末端与核膜的锚定,从而严重影响程序性DSB的修复,同源染色体的配对、联会以及同源重组过程,使大量的减数分裂细胞阻滞在减数分裂前期的粗线期;同时TRF1的缺失引起端粒末端的粘连,染色体分离异常,减数分裂进一步阻滞在减数分裂的中期,最终导致生殖细胞大量凋亡。该研究揭示了端粒相关蛋白在减数分裂过程中发挥两方面作用,一是介导端粒向内核膜的锚定,二是发挥端粒末端保护的作用,防止染色体末端黏连的发生。进一步研究发现,TRF1、Speedy A和CDK2均可以同时参与到这两个过程当中。TRF1通过Speedy A这个支架蛋白,与CDK2间接结合,从而将端粒直接锚定在内核膜上,促进减数分裂正常进行,并发挥端粒末端保护的作用,从而揭示减数分裂过程中花束期这一特定时相端粒保护的独特新机制。

该研究由动物所、瑞典哥德堡大学和山东大学生殖医学中心共同完成。1月8日,相关研究结果日发表在Cell Death and differentiation上。研究工作受到了科技部“国家重点研发计划”重点专项、国家自然科学基金等的资助。

动物所等揭示减数分裂过程中花束期端粒保护新机制

TRF1等蛋白在花束期促进端粒与核膜的锚定并防止他们之间的融合

 

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