果蝇Maternal Haploid 蛋白调控胚胎发育的分子机制研究

Maternal Haploid, often happens in amphigenesis, is a phenomenon related with loss of paternal DNA during embryo development. Lots of mutation can cause Maternal Haploid, and lead to embryo death. Till now, the mechanisms about Maternal Haploid are not clearly dissected. We discovered a Drosophila gene, CG9203 (we named it Maternal Haploid, Mh), loss of which can lead to Maternal Haploid. dMh is a conserved protein. There are three important domains in dMh, which are SprT domain, PIP domain and UBZ4 domain. Human Spartan protein is a homologue of dMh. Spartan can use its PIP domain and UBZ4 domain to interact with PCNA, to repair DNA damage after UV irradiation. But there is still no research about the function of the SprT domain. Here in this project we want to use Cell Biology、Genetics、Biochemistry and Molecular Biology approaches to study the function of dMh, especially the function of SprT domain. We also want to find the reason of the loss of paternal DNA, the substrate of dMh and the mechanism of Maternal Haploid. This research will help people to understand the complexity of amphigenesis. At the same time this project will contribute to the study of proteins which have the same SprT domain.

母性单倍体表型是有性生殖过程中一种经常出现的缺陷表型，是指胚胎在发育过程中逐渐丢失父本遗传物质，最终导致胚胎死亡。到目前为止，对其产生的分子机制知之甚少。我们发现果蝇CG9203基因编码的产物（命名为Maternal Haploid, Mh）介导了母性单倍体的产生。Mh 是一个进化上高度保守的蛋白，含有三个重要的结构域：SprT、PIP和UBZ4结构域。PIP和UBZ4结构域可参与DNA 损伤修复，但SprT 结构域的生理学功能尚无任何报道。本项目在此基础上，运用细胞生物学、遗传学、生物化学、分子生物学等方法，详细研究Mh 蛋白的功能，分析父本遗传物质丢失的原因，寻找Mh 的底物分子，揭示母性单倍体产生的分子机制。本研究可使人们了解有性生殖复杂有序的过程，有助于揭示人类不孕不育产生的原因，寻找一些治疗的手段。同时对以后研究含有SprT 结构域的蛋白分子的生理学功能具有重要的指导意义。

胚胎发育过程中一些关键分子的突变会导致形成母性单倍体，但是具体的分子机制未知。该课题以果蝇为模式动物，详细的研究了Maternal Haploid 介导单倍体的形成机制。我们利用遗传学、分子生物学、免疫组化等方法详细研究了Maternal Haploid 蛋白在果蝇体内的定位，以及Maternal Haploid 蛋白如何导致母性单倍体的形成。我们发现Maternal Haploid 蛋白在胚胎形成的第一次有丝分裂就存在，缺少Maternal Haploid 蛋白会导致胚胎发育过程中父本的染色体逐渐丢失，最终形成母性单倍体。进一步研究发现Maternal Haploid 蛋白主要定位在X 染色体的359-bp satellite 区域，这和Top2 在体内的定位非常相似，暗示Top2 蛋白可能是Maternal Haploid 蛋白的一个底物。最后，我们通过免疫染色和遗传学的方式证实Top2 和Maternal Haploid 蛋白存在遗传学上的相互作用，暗示Maternal Haploid 蛋白可能通过调控Top2 从而影响父本染色体的复制，最终导致母性单倍体的形成。本课题的顺利实施让人们更加清楚的了解胚胎发育复杂而又有序的过程，更加了解母性单倍体的产生机制，有助于揭示人类不孕不育产生的原因，寻找一些治疗的手段。