MIS复合物介导酵母孢子形成的分子机制研究

RNA m6A methylation involves a variety of life processes, including metabolism and development. The m6A modification of mRNA is catalyzed by the MIS (MUM2-IME4-SLZ1) complex in yeast, which is necessary for the meiotic induction and sporogenesis. However, the molecular mechanism in which the MIS complex catalyzes mRNA to induce the formation of spores is as yet unclear. In the early stage, we have identified that IME4 recognizes the C- terminus of MUM2 and SLZ1, respectively, and also obtained the primary crystal of MUM2. Based on our studies, we plan to reveal the interaction patterns and structural characteristics of MIS complex by X-ray crystallography, chemical cross-linking of proteins coupled with mass spectrometry analysis, pull -down and bimolecular fluorescence; To further elaborate the important roles of IME4, MUM2 and SLZ1 in regulating the methylation functions and intracellular localization of MIS complex, we will carry out mutagenesis, MALDI-TOF mass spectrometry, construction of yeast mutants, immunofluorescence; Finally, our results will shed light on the molecular mechanism of MIS complex mediating the sporogenesis of yeast; Meanwhile, it may also provide clues for the further study about the important roles of RNA methylation in modulating gametogenesis related diseases.

RNA的m6A甲基化修饰与代谢和发育等多种生命过程密切相关。研究表明，酵母mRNA的m6A修饰由MIS（MUM2-IME4-SLZ1）复合物催化生成，是其减数分裂形成孢子的必要条件，但目前对MIS复合物介导酵母孢子形成的分子机制还知之甚少。前期，我们已初步鉴定IME4蛋白分别结合MUM2和SLZ1的C端结构，并获得了MUM2的初筛晶体。在此基础上，我们拟通过X-射线晶体衍射、蛋白质化学交联结合质谱鉴定技术、pull-down及双分子荧光技术揭示MIS复合物蛋白组分间的互作模式及其结构特点；通过定点突变、MALDI-TOF质谱、酵母突变株构建、免疫荧光技术分析IME4、MUM2和SLZ1调节MIS复合物甲基转移酶功能及其在核定位中的重要作用；研究结果将试图阐明MIS复合物介导酵母孢子形成的分子机制，亦可为进一步推进RNA甲基化修饰调节配子发生相关疾病的研究奠定基础。

RNA的m6A甲基化修饰与代谢和发育等多种生命过程密切相关。研究表明，酵母mRNA的m6A修饰由MIS（MUM2-IME4-SLZ1）复合物催化生成，是其减数分裂形成孢子的必要条件。但目前对MIS复合物介导酵母孢子形成的分子机制还知之甚少。本项目以MIS蛋白复合物及其各组分蛋白为研究对象，运用生物化学、结构生物学、分子生物学等方法开展MIS复合物甲基化修饰RNA的结构、功能和分子机制研究。目前本项目取得的主要研究成果包括：通过鉴定IME4、MUM2和SLZ1的互作蛋白片段，揭示了MIS复合物各组分蛋白的互作模式；测定了IME4、SLZ1和MUM2蛋白识别RNA的能力，实验表明单独的IME4、MUM2和SLZ1蛋白没有明显的RNA识别能力；获得并解析了IME4的晶体结构，初步阐明了MIS复合物中唯一具有催化活性的IME4发挥甲基化转移酶功能的分子机制。此外，分别获得了SLZ1和MUM2的C端蛋白片段晶体，目前晶体衍射分辨率约为5Å，晶体正在进一步优化中。其它研究成果还包括解析了BAZ2A和MBD结构域等重要蛋白质识别甲基化修饰DNA的结构，开展了相关的功能研究，阐明了它们在生命活动过程中的重要功能及其发挥功能的分子机制。本项目执行期间，总计解析了7个蛋白质或蛋白质复合物的晶体结构，部分结构信息已储存于蛋白质结构PDB数据库，发表了标注该项目支持的研究论文7篇。本项目的研究工作揭示了这些重要蛋白质和蛋白质复合物的结构和功能，为进一步阐明这些蛋白质和蛋白质复合物调控各种生命过程的重要生物学功能奠定了基础；同时，也为进一步研究表观遗传修饰紊乱与疾病发生发展的关系奠定理论基础。