染色体联会复合体的中央组分装配机理

Sexual reproduction occurs in eukaryotes through meiosis, a process by which a diploid germ-line cell divides, resulting in the formation of haploid cells. The key step of meiosis is that two homologous chromosomes pair and that a synaptonemal complex develops between them. The central elements is one of sub-complex among synaptonemal complex, including SYCE1, SYCE2, SYCE3, TEX12 and SYCP1 five proteins, mediating the assembly of chromosomes pair. To uncover the structure and molecular mechanism of the central element, we will comprehensively use techniques of structural biology and cell biology to study three following parts: structural and functional studies of SYCE2/TEX12 binary complex; structural and functional studies of SYCE1/SYCE3 binary complex; In vitro assembly and structural studies of central elements. Our results will have profound effect on the molecular mechanism of meiosis, and also provide foundation for infertility and lower fertility diseases.

真核细胞的减数分裂中，同源染色体进行配对，形成联会复合体，保证单倍体细胞的正确形成。中央组分是联会复合体中的一个亚复合物，包括SYCE1、SYCE2、SYCE3、TEX12和SYCP1五个蛋白质，介导染色体的组装。为了深入了解中央组分的结构和分子装配机理，我们综合运用结构生物学和细胞生物学手段，研究以下三个方面内容：SYCE2/TEX12二元复合物的结构和功能研究；SYCE1/SYCE3二元复合物的结构和功能研究；中央组分的体外重组和结构研究。本项目的研究成果将为理解细胞减数分裂的分子机理产生深远的影响，并为不孕不育和生殖力低下病症提供重要的分子基础和理论指导意义。

减数分裂是真核生物有性生殖周期中非常重要的过程。在此过程中，同源染色体形成联会复合体，保证同源染色体遗传物质的交换和正确分离。联会复合体是一个“拉链”形状的多蛋白复合体，主要由SYCP1,SYCP2,SYCP3,SYCE1,SYCE2,SYCE3,SYCE4这些蛋白形成。本项目主要研究联会复合体的结构和功能。在本项目的支持下，我们总共发表了9篇SCI论文。9篇都是通讯作者论文，包括在Nature Communications, PLoS Biology, Cell Reports这些著名的国际期刊上各发表一篇。.根据研究计划，我们首先解析了SYCE2/TEX12的复合物结构，分辨率在3.0埃。结构表明SYCE2和TEX12各自形成长螺旋结构，互相紧紧缠绕在一起，并在异元复合物的基础上，继续组装成更高级的同元复合物。我们还测定了另外一个SYCE1/SYCE3异元复合物的结构，发现他们也各自形成长螺旋，以类似的方式进行装配。最后，我们还表达纯化了联会复合体各个亚基，并进行了体外装配尝试。在此过程中，我们还发现轴向组分蛋白SYCP2在整个装配过程中起着非常重要的作用。因此我们利用生物化学，分子生物学，X-射线晶体衍射，酵母双杂交技术对联会复合体轴向组分蛋白SYCP2展开了系统研究。解析了SYCP2 N末端（氨基酸1-390）的晶体结构。结构研究发现其主要由两个结构域ARLD和SLD组成；并以此为基础筛选到与其互作的着丝粒蛋白CENP F/J,最后通过细胞生物学手段验证了相互作用。综合我们的研究结果，我们首次提出了SYCP2分子的N末端在减数分裂过程中起到了与着丝粒联系的桥梁作用这一观点。这也是世界上首次对SYCP2的生物学功能进行了新的阐述，而且首次将联会复合物和着丝粒相互联系起来，为阐明联会复合体的结构与功能研究提供了重要信息，有助于加深人们对相关疾病的认识。