端粒重复序列结合因子（Trf1）在减数分裂花束期形成过程中的作用

Trf1 is a telomere binding protein,its role in gametogenesis is totally unknown. In our previous study, we have generated germ cell specific Trf1 knockout mice in male, it was found once trf1 was ablated germ cell died quickly without sperm formation, and when Trf1 was deleted most of the germ cells in Seminiferous tubules were arrested at the prophase of the meiosis. In addition, we found Trf1 colocalized with telomere duiring the prophase of meiosis. These indicated that Trf1 may have important role in the meiotic bouquet formation in the prophase of meiosis. Based on those results, we will further investigate the function and molecular mechanism of Trf1 during gametogenesis，our work will mainly focus on (1)the role of Trf1 in telomere attachment to nuclear envelope; (2) the role of Trf1 in meiotic bouquet formation in prophase of meiosis;(3) mechanism under the function of Trf1 in gametogenesis. The future results of the project will provide not only new idea about role of telomere in meiosis but may also clinical application in reproductive health and the treatment of reproductive related diseases.

Trf1是一种端粒结合蛋白，其在配子发生过程中的作用机制尚不清楚。我们前期构建了生殖细胞中特异性敲除Trf1的小鼠，发现敲除Trf1导致雄生殖细胞大量丢失、精子不能形成、曲细精管内的生殖细胞大多数阻滞在减数分裂的前期。此外，我们还验证了Trf1和端粒在减数分裂前期细胞中具有共定位。因此，Trf1可能在减数分裂前期花束期的形成中发挥重要作用。本课题在前期工作基础上，运用小鼠遗传学表型分析法,从细胞和分子水平深入研究Trf1在减数分裂关键事件中的功能及机理。本课题研究工作主要集中在（1）利用已经构建的生殖细胞条件性敲除Trf1的小鼠，研究Trf1在减数分裂前期端粒结合核膜过程中的作用；（2）Trf1在减数分裂前期花束期形成过程中的作用；（3）Trf1在配子发生中功能的作用机制。本课题研究结果将进一步阐明Trf1和端粒在减数分裂过程中的功能和分子机制，为人类生殖健康和生殖疾病的治疗提供理论依据。

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同样发挥重要的作用，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的作用。花束期的端粒之间彼此靠近，构成一个异常拥挤的微环境，导致他们极易发生黏连。但是，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。.近期，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的作用。研究结果显示，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的缺失破坏了端粒末端与核膜的锚定，从而严重影响了程序性DSB的修复，同源染色体的配对、联会以及同源重组过程，使得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主要发挥两方面的作用，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，阻滞染色体末端黏连的发生。进一步的研究发现TRF1，Speedy A和CDK2都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。从而揭示了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。