联会复合体组装、维持与解聚的调控机制

The synaptonemal complex （SC） undergoes a dynamic process of assembly initiation, structure maintenance and the final disassembly during the meiotic prophase. Precise regulation of the SC is critical for the accurate meiotic chromosome segregation. Investigating the regulatory mechanisms of SC dynamics is of great significance for understanding the sources of errors that cause serious reproductive health problems such as infertility, miscarriages and birth defects. However, the regulatory mechanism, especially regulation through non-structural components of the SC, remains to be elucidated. The applicant identified a novel SC-binding protein CRA-2 in nematode C. elegans. Preliminary results show that CRA-2 is a non-structural SC component, regulating SC dynamics, and is crucial for precise meiotic chromosome segregation. This study will systematically dissect the role of CRA-2 in meiotic progression and the underlying mechanisms, by means of genetics, cell biology and proteomics etc. Based on our preliminary data, we hypothesize that CRA-2 is essential for precise SC disassembly by regulating its dynamics, and thus promotes proper chromosome remodeling and segregation. This study is expected to reveal a critical mechanism for the regulation of the SC, as well as its biological significance.

联会复合体在减数分裂前期发生组装起始、结构维持及最后分步解聚的动态变化，其正常形成及调控是减数分裂染色体得以正确分离的关键。研究其调控机制对探索不育、流产、新生儿缺陷等严重生殖问题产生的根源有重要意义。但联会复合体动态变化的调控机制，特别是由非结构性蛋白介导的调控机制，仍有待于阐明。申请人在线虫中发现了一个新型的联会复合体结合蛋白CRA-2，前期研究结果表明CRA-2是一种非结构性联会复合体组分，参与调控联会复合体的动态变化，并对减数分裂染色体精确分离至关重要。本项研究将通过遗传学、细胞生物学、蛋白组学等手段详细剖析CRA-2对减数分裂进程的调控作用及其作用机制。基于前期数据，我们推测CRA-2通过调节联会复合体的动态变化，使其解聚过程得到精确调控，保证了后期染色体的正确重塑和精确分离。该研究有望揭示联会复合体调控的一种重要方式，及对联会复合体动态变化精确调控的生物学意义。

在减数分裂前期，联会复合体组装于同源染色体之间，调控同源重组和交叉形成，从而促进减数分裂染色体的精确分离。联会复合体的结构和功能在物种间高度保守，而编码联会复合体组分的基因上的变异是导致人类不育等疾病的重要因素。然而，尽管联会复合体已被发现六十多年，其组装和动态调控的机制仍未清楚。该项目以模式生物线虫为模型，探索联会复合体组装和调控的机制。.通过该项目的实施，我们确定了两个联会复合体结合蛋白CRA-2和CRA-3为联会复合体结构组分，并将其重新命名为SYP-5和SYP-6。两者为旁系同源蛋白，在减数分裂过程中具有冗余功能。我们利用蛋白质组学和生化手段确定了联会复合体组分之间的相互作用方式，发现SYP蛋白之间可以通过coiled-coil介导的稳定相互作用形成联会复合体组装单元，而组装单元之间通过多价弱相互作用驱动联会复合体的组装。联会复合体组分中富含电荷互作元件，我们通过基因编辑等手段确定了这些电荷互作元件在驱动联会复合体组装中的关键作用。另外，我们利用syp-5突变体还揭示了联会复合体在减数分裂晚前期的维持具有重要的生物学意义，这种维持通过介导染色体重塑来促进减数分裂染色体精确分离。有意思的是，syp-5突变体还表现出温度敏感的特性。深入的机制分析表明，SYP-5是调控减数分裂温度耐受的关键因子，其缺失导致联会复合体属性异常，散失了在一定温度范围内对交叉形成的精细调控，从而引起减数分裂染色体分离异常。.通过项目参与人员的共同努力，我们完成了项目的总体目标，取得了阶段性的成果。部分研究成果已发表于J Cell Biol（2020，封面论文）和J Mol Cell Biol（2021）两篇研究论文中，同时我们还发表了多篇本领域的综述文章，为后续的研究提供了重要的基础。项目的执行过程中还培养了9名研究生获得专业学位。