類泛素轉譯後修飾作用調控減數分裂 同源染色體聯會絲複合體形成

Abstract

減數分裂是真核生物進行有性生殖時特化的細胞週期，主要功能再促進親代染色體間發生DNA重組互換，並確保染色體正確分離產生染色體數目減半的配子細胞（如精子與卵）。為了達到此目的，在減數分裂的前期中段染色體會形成聯會絲複合（synaptonemal complex），使來自父母雙方同源染色體之間緊密配對，促進DNA重組發生於同源染色體間。聯會絲複合體迄今已發現剛好五十年，但其形成的機制還不清楚，是有性生殖研究最重要課題之一，本論文的研究結果，對此課題有開創性的新發現。生物學界最常用來研究聯會絲複合體形成機制的生物模式是酵母菌，其Zip1蛋白質是建構聯會絲複合體的主要結構蛋白，Zip1也在減數分裂前期初段時，負責將兩對非同源染色體著絲點間偶合在一起，此機制與同源染色體間DNA重組並無直接的關聯性，到了減數分裂前期中段時，減數分裂專一性蛋白質Zip3負責啟動聯會絲複合體的形成。本論文證明Zip3是類泛素（Smt3）的E3接合酵素，負責在減數分裂前期中段時，將染色體上的結構蛋白質（如Red1）進行類泛素修飾。我們也發現Zip1能結合被類泛素化修飾的染色體結構蛋白質（如Top2），在減數分裂前期初期負責非同源染色體著絲點間的偶合，然後在減數分裂前期中段促進聯會絲複合體的形成。

Synaptonemal complex （SC） is a proteinaceous complex that apparently mediates synapsis between homologous chromosomes during meiotic prophase. In S. cerevisiae, the Zip1 protein is the integral component of SC. In the absence of a DNA double-strand break or the SC initiation protein Zip3, Zip1 proteins aggregate to form a polycomplex （PC）. In addition, Zip1 is also responsible for DSB-independent non-homologous centromere coupling at early meiotic prophase. We report here that Zip3 is a SUMO E3 ligase and that Zip1 is a binding protein for SUMO-conjugated products. Our results also suggest that at early meiotic prophase, Zip1 interacts with Zip3-independent Smt3 conjugates （e.g., Top2） to promote non-homologous centromere coupling. At and after mid-prophase, the Zip1 protein begins to associate with Zip3-dependent Smt3 conjugates （e.g., Red1） along meiotic chromosomes in the wild-type cell to form SCs and with Smt3 polymeric chains in the zip3 mutant to form PCs.