果蝇生殖细胞发育中重要蛋白质复合物的结构与功能研究

This research aimed to study the structure and function of important protein complexes during Drosophila germ cell development, including protein-protein, protein-RNA complexes formed by Oskar, Smaug, Vase, Staufen, Tudor and mRNAs, as well as Bucky ball (Buc) from Zebra fish. Using X-ray crystallography, we are trying to solve the 3D structure of these proteins and protein complexes, and through structural comparison and functional analysis, we plan to identify structural elements important for recognition among these proteins and RNAs. Buc has similar interacting partners and serves the same function as Oskar in Zebra fish, though they share poor sequence similarity with each other. Furthermore, unlike Oskar, Buc has homologs in many vertebrates, including mammals. Our goal is to study the molecular mechanism of these protein-protein, protein-RNA recognitions during posttranscriptional regulation in Drosophila germ cell development, and through comparison between Oskar and Buc, broaden our view from insects to vertebrates, as well as to mammals, on the understanding of how germ plasm is organized and germ cell is developed in higher eukaryotes.

本项目选取果蝇生殖细胞发育中发挥重要作用的Oskar蛋白及其与Smaug、Vasa、Staufen、Tudor及RNA间形成的蛋白质-蛋白质、蛋白质-RNA复合物为研究对象，通过结构生物学手段解析这些蛋白质及蛋白质复合体的三维晶体结构，并在已解析结构的基础上，开展结构与功能关系的研究，寻找介导复合体相互作用的关键结构因素，并结合功能实验研究这些相互作用的蛋白质/RNA在mRNA转录后调控中的结构机理，以及在果蝇生殖细胞生成中发挥作用的分子机制。同时，针对Oskar在脊椎动物斑马鱼中的同功蛋白Bucky ball (Buc)，解析其三维晶体结构，分析其与Oskar结构上的异同，及与相互作用的蛋白作用方式的异同，阐明二者具有相似功能的分子机制。通过Buc为桥梁，将在昆虫生殖细胞的发育机制研究中获得的结果拓展到脊椎动物乃至哺乳动物的范畴。

本项目选取果蝇生殖细胞发育中发挥重要作用的Oskar蛋白及其与Smaug、Vasa、Tudor、Brat及RNA间形成的蛋白质-蛋白质、蛋白质-RNA复合物为研究对象，通过结构生物学手段解析这些蛋白质复合体的三维晶体结构，开展结构与功能关系的研究。项目实施四年，超额完成了计划任务，包括：1）解析了包括Oskar-N、Oskar-C、Tudor9、Tudor10-11、Brat蛋白在内的5个果蝇重要生殖发育相关蛋白的晶体结构，并系统地开展了结构与功能关系研究，分析了它们结合RNA以及PIWI蛋白，调控自身及其他mRNA定位及翻译的结构基础。为我们理解生殖细胞发育过程中重要蛋白质转录后调控的结构机理提供了重要线索。2）项目在研期间培养了博士研究生1人、硕士研究生1人，项目负责人先后获得了2016年度国家“优青”、天津市首届“杰青”等多项资助奖励，2017年起加入南开大学药学院任教授、组建独立研究组。3）项目共发表高水平标注论文4篇，包括PNAS 1篇、Cell Research 1篇、JBC 1篇，以及PIBB综述1篇，其中两篇为第一标注（PNAS 2015; PIBB 2014）。