科大许超等揭示了线虫PICS复合物组成机制及其调控piRNA生成和染色体分离的分子机制

   



2021年09月23日

中国科大揭示了线虫PICS复合物组成机制及其调控piRNA生成和染色体分离的分子机制

piRNA（PIWI-Interacting RNA）是一类与PIWI蛋白相互作用的非编码小RNA，在转座子沉默和基因表达调控等方面起到重要作用；了解piRNA的生成机制对于认知piRNA以及其生物学功能具有重要意义。2019年光寿红课题组与许超课题组合作，在《Cell Reports》发表了参与piRNA生成以及染色体分离过程的复合物（PICS）的相关研究论文。

近日，中国科大许超教授与光寿红/冯雪竹教授课题组合作，在Nature Communications发表了题为“Molecular basis for PICS-mediated piRNA biogenesis and cell division”的文章。该研究通过解析线虫PICS复合物中多个亚复合物结构，包括PICS-1RRM/TOFU-6RRM，PICS1180-200/ERH-2，TOST-134-54/ERH-2的结构，揭示了PICS是由TOFU-6、PICS-1、ERH-2以及PID-1或TOST-1四个亚基以2:2:2:2形成的八聚体。其中PICS-1 RRM结构域二聚化后同时结合两个TOFU-6 RRM结构域，而PICS-1二聚体和ERH-2二聚体形成四聚体，因而形成TOFU-6/PICS-1/ERH-2六聚体。两个PID-1或TOST-1分子通过结合ERH-2二聚体而加入PICS，就形成了PICS 八聚体，该结论受到体外体外生化实验数据的支持，同时突变实验验证了PICS亚基相互作用界面残基对于复合物形成具有重要作用。

PICS中3个亚复合物的结构。a、PICS-1RRM与TOFU-6RRM的异四聚体结构；b、ERH-2与PICS-1EBM的已四聚体结构；c、ERH-2与TOST-134-54的异四聚体结构；

进一步的，通过遗传学、细胞生物学以及成像实验发现结构分析及突变实验获得的PICS复合物重要界面氨基酸突变，发现PICS复合物各亚基之间细胞内定位互相依赖。而PICS复合物组成缺陷，不但影响复合物形成及其细胞内granule定位，还降低了成熟的piRNA水平并导致有丝分裂及染色体分离异常。本研究综合运用结构生物学，生物化学，细胞生物学及遗传学手段，阐明了线虫中重要因子各自通过结合PICS复合物而实现对其精确时空调控，使PICS复合物通过接纳不同亚基以适应不同细胞内功能的机理。

a、 PICS复合物亚基相互作用网络图；b、PICS复合物作用模型。

我校生命科学与医学部的许超教授，光寿红教授和冯雪竹教授为该文章共同通讯作者。许超课题组王小洋、廖善晖和光寿红课题组的曾陈明为该论文共同第一作者。研究过程中，中国科学技术大学姚雪彪教授、涂晓明副教授、朱中良副教授、张家海工程师等给予了协作与支持。该研究得到了无膜细胞器与细胞动力学教育部重点实验室、微尺度国家研究中心、自然科学基金委以及中科院的资助。

文章链接： https://www.nature.com/articles/s41467-021-25896-7

（生命科学与医学部、科研部）

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该结论受到体外体外生化实验数据的支持，同时突变实验验证了PICS亚基相互作用界面残基对于复合物形成具有重要作用。

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