Kinesin-14家族KIFC1通过与染色质及Lamin B互作参与中华绒螯蟹精核形态建成的机制

The molecular mechanism of kinesin involved in the spermatid morphogenesis in animals remains largely unknown. The nucleus of the spermatids in Eriocheir sinensis are cup-shaped and chromatins are not highly condensed. KIFC1 belongs to the C-terminal kinesin subfamily, our previous research have demonstrated that KIFC1 gradually accumulated in the nucleus of spermatids at middle stage and robustly expressed in the nucleus of spermatids at late stage. The relationships between the nuclear import and biological functions of KIFC1 and the spermatid morphogenesis remain unknown. We also have discovered that both overexpression and knockdown of kifc1 led to the abnomal in the shape and structure of nucleus, and then we hypothesize that KIFC1 may bind to the chromatin, involved in the exclusion of histones and interacts with lamin B to regulate the spermatid morphogenesis during the spermiogenesis of Eriocheir sinensis. This study plan to take advantage of the overexpression and knockdown assays to study the interactions of KIFC1, histones, lamin and chromatin in nucleus of cultured spermatogenic cells and in vivo. We aim to systematically study the biological functions of KIFC1 in the formation of uncondensed nucleus of spermatids of Eriocheir sinensis. This study may reveal the new functions of kinesin-14 subfamily as the chromokinesin.

驱动蛋白在动物精细胞核的形态建成中作用的分子机制悬而未决。中华绒螯蟹的成熟精核呈杯状，其染色质为非高度折叠型。KIFC1是一种C-末端驱动蛋白，我们的前期研究表明该蛋白在中华绒螯蟹精细胞核中的表达呈从中期到后期精细胞逐步增加的趋势，后期精细胞核中KIFC1大量分布。KIFC1入核是否参与精细胞核形态变化以及如何发挥作用迄今无人知晓。我们已发现kifc1的过表达和敲低均与细胞核的形态和结构变化有密切关系, 因此推测在中华绒螯蟹精核形成过程中, KIFC1蛋白可能通过与染色质DNA结合、并替换组蛋白以及与B型核纤层蛋白结合等途径参与精核的形态建成。本研究拟在培养生精细胞和在体水平上，用基因过表达和RNA干扰方法，探究KIFC1与组蛋白、核纤层蛋白及染色质之间的相互作用，旨在系统研究KIFC1在中华绒螯蟹非浓缩精核形成中的作用。本研究将首次证明kinesin-14家族具有染色体驱动蛋白的功能。

动物精细胞核的形态建成中的分子机制是重要的科学问题，但至今研究缺乏。中华绒螯蟹的成熟精核染色质为非高度折叠型。KIFC1是一种C-末端驱动蛋白，在中华绒螯蟹精细胞核中的表达呈从中期到后期精细胞逐步增加的趋势，直至后期在精细胞核中大量存在。本研究旨在系统研究KIFC1在中华绒螯蟹非浓缩精核形成中的作用。我们首先系统地调研和阐述了染色体驱动蛋白的生物学功能和分子机制，全面地归纳了染色体驱动蛋白在染色质浓缩和染色体分离过程的功能。其次，我们系统地揭示了中华绒螯蟹精子形成过程中，KIFC1蛋白在各个精细胞时期的表达模式。我们的结果揭示了在非极性细胞内，一种驱动蛋白-14 KIFC1维持高尔基体在细胞中心定位和结构维持的全新的分子机制。我们初步认为，驱动蛋白-14 KIFC1对于染色体与纺锤体之间的关系和染色体排列的准确性具有重要意义，在不同物种中，驱动蛋白-14在维持有丝分裂中期纺锤体的长度和两极间距的机制具有一定的普遍性。我们通过敲除kifc1细胞模型探究了驱动蛋白-14 KIFC1在人类胎肾细胞的细胞核中的功能，关于驱动蛋白-14 KIFC1具体是识别并结合了哪些关键蛋白，参与核质转运功能并调控DNA的复制，需要在将来的研究中进一步探索证明。我们通过体内注射RNA干扰及体外干扰原代培养的细胞，共同验证了驱动蛋白-14 es-KIFC1在低等甲壳纲十足目精子形成中的功能。我们发现，在中华绒螯蟹精核形成过程中，es-KIFC1通过调节微管组装，可能存在类似哺乳动物精细胞中微管套的骨架结构，然而，其去浓缩的分子机制尚不清楚。关于甲壳纲十足目动物精子发生的研究尚未深入，精核建成过程中细胞骨架的形态结构需要在今后的研究中探究证明。