Science | 植物中P小体相关的翻译抑制为减数分裂退出“保驾护航”

减数分裂是二倍体与单倍体生命周期之间的过渡阶段，伴随着细胞的重编程，过渡到有丝分裂。但是这种转变是如何发生的呢？为了揭开这一问题的答案，捷克共和国中欧理工学院Karel Riha研究组在Science发文，题为Meiotic exit in Arabidopsis is driven by P-body–mediated inhibition of translation，作者们发现在拟南芥中减数分裂退出（Meiotic exit）是由RNA加工小体（Processing body， P body）介导的翻译抑制引起的，减数分裂特异性蛋白TDM1（THREE-DIVISION MUTANT 1）将翻译起始复合物eIF4F招募进入P小体，从而将其隔离并抑制翻译过程。

植物配子分化是多步骤的复杂过程，其中减数分裂过程包括了从二倍体祖细胞产生单倍体的细胞的过程，这一过程中染色体的分离需要通过有序实现细胞分裂特异性蛋白的表达。减数分裂的时间从半天到几十年长短不同，比如因为前期I延长人类卵子形成过程长达几十年，在此期间染色体凝缩，转录过程受到极大的限制。因此，减数分裂相关的特异性基因的转录后和翻译受到精密地调控。
研究表明，转录后的基因调控与生物大分子凝聚体的形成有关，酵母中的研究表明该凝聚体存在于减数分裂时期，在减数分裂I期凝聚体中减数分裂晚期调控基因被包含进入聚集体中中从而导致翻译的抑制【1,2】。这些凝聚体在减数分裂II期溶解，释放翻译抑制的蛋白并且促进减数分裂退出所需要的蛋白质。在拟南芥中，减数分裂退出以及二倍体到单倍体过渡过程中需要SMG7（SUPPRESSOR WITH MORPHOGENETIC EFFECTS ON GENITALIA 7）以及TDM1因子的介导【3-5】。但是TDM1参与减数分裂退出的机制尚不清楚。

为此，作者们首先对TDM1在减数分裂期的定位进行鉴定。通过构建pTDM1::TDM1:YFP以及pTDM1::TagRFP:TDM1 两种不同的报告品系，作者们发现在减数分裂I期，TDM1在花粉母细胞（Pollen mother cells，PMCs）中的胞质分布基本均匀，而在减数分裂II期，TDM1在四分体形成后形成明显的点状信号，并在四分体形成逐渐下降(图1）。这些点状信号使得作者们想到P小体，这一小体主要是由RNA衰减（RNA decay）的蛋白组成。为了确认这一想法，作者们与P小体相关的关键标记物DCP1以及SMG7进行共定位检验，发现TDM1的确在减数分裂末期定位于P小体。

另外，作者们发现标记有SMG7: TagRFP的P小体不仅存在于减数分裂II，而且存在于减数分裂的各个阶段。这表明TDM1的作用并不是在减数分裂II中特异诱导P小体形成，而是被招募到预先存在的P小体中。通过短截片段的酵母双杂交分析，作者们发现SMG7作为适配器蛋白发挥作用，通过其14-3-3结构域结合TDM1，并通过内在无序序列将TDM1招募进入P小体中。

那么涉及到减数分裂退出的相关因子以及具体的作用机制是什么呢？为了鉴定更多涉及减数分裂退出的因子，作者们使用了两种工作策略，其一是通过SMG7突变体的寻找遗传抑制因子，从中发现eIFiso4G2的下调；其二是通过酵母双杂交筛选拟南芥cDNA文库调取TDM1相互作用蛋白，也发现了eIFiso4G2以及同源蛋白。eIF4G是真核生物中翻译起始复合物eIF4F中的支架蛋白。通过免疫共沉淀以及共定位实验，作者们发现TDM1通过与eIF4G支架组分相互作用招募eIF4F进入P小体。

通过荧光漂白实验，作者们发现eIFiso4G2能够快速地在P小体以及胞质中穿梭。另外，通过翻译抑制药物cycloheximide（CHX）的处理，作者们发现减数分裂的退出依赖于翻译的抑制。

总的来说，作者们的工作发现在拟南芥减数分裂退出过程中SMG7与TDM1相辅相成的分子机制，TDM1依赖于SMG7招募进入P小体，通过将翻译起始复合物招募进入P小体而抑制减数分裂退出时期翻译的抑制，从而确保细胞的命运过渡期的精确性与稳定性。

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo0904

转自：植物科学SCI

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