生化与细胞所科研人员揭示四膜虫端粒酶组分p75-p45-p19是其独特的CST复合物

国际学术期刊Nature Structural and Molecular Biology于11月9日在线发表了中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所国家蛋白质科学中心（上海）雷鸣研究组的最新研究成果“The Tetrahymena telomerase p75–p45–p19 subcomplex is a unique CST complex”，揭示了端粒酶组分p75-p45-p19构成了四膜虫中独特的CST复合物。

端粒是真核生物染色体最末端的区域，虽然不具备编码蛋白质的功能，但是端粒对染色体的保护功能在基因完整性和细胞生理学其他方面的调节都起着至关重要的作用，端粒长度的异常与癌症及早衰等疾病之间存在密切关联。绝大多数真核生物可以利用端粒酶调控端粒的长度。在端粒研究领域独特模式生物四膜虫中，TERT、TER和p65构成了端粒酶的催化核心。除此之外，端粒酶另外三个蛋白组分p75、p45和p19可以形成一个亚复合物，其中任何一个组分的缺失都会导致四膜虫端粒DNA长度的异常，表明7-4-1复合物在调节端粒稳定性中扮演重要角色。然而，p75、p45和p19发挥上述作用的结构与功能的分子机制迄今为止并不清楚。

在本研究中，万兵兵博士及其同事在雷鸣研究员的指导下，成功解析了p19、p45C以及p45N-p19的晶体结构。CST复合物（由Cdc13/Ctc1-Stn1-Ten1等三个蛋白构成）是端粒末端形成与保护中的关键因子，在酵母、植物、动物等真核生物中高度保守，但是在四膜虫中一直没有同源蛋白的信息报道。令人惊讶的是，尽管一级序列同源性较差，但是上述三级结构比对的结果表明p45和p19与Stn1和Ten1之间极其相似。同CST复合物类似，p75、p45和p19可以形成稳定的异源三聚体，并能够特异性地识别与结合四膜段虫端粒单链DNA。进一步的体内实验表明，过表达野生型p45和p19能够诱导显著的端粒缩短，无法结合p45的突变体型p19的过表达则会导致G链长度的异常增加，而C链长度几乎没有明显改变。上述结果揭示了端粒酶7-4-1亚复合物就是四膜虫中的CST复合物以及7-4-1在协调四膜虫端粒G链和C链DNA合成中的重要作用。

万兵兵和唐婷是该工作的共同第一作者，雷鸣和武健是该工作的共同通讯作者。该研究工作获国家科技部、国家自然科学基金委、中科院战略性先导科技专项（B类）的经费资助。（生化与细胞所）

Figure. Strucutural and functional analysis of p75-p45-p19. (A) Components of Tetrahymena telomerase holoenzyme and domain organization of p75, p45 and p19. The shaded areas indicate domain interactions among p75, p45 and p19. (B) Superposition of p19 and fission yeast (Sp) Ten1. (C) Ribbon diagram of the p45N-p19 complex. (D) Ribbon diagram of C-terminal WH motifs of p45. (E) In vitro MST binding data of interactions between p75-p45-p19 and wild-type and mutant telomeric ssDNAs. (F) Affinity purifications from equivalent amounts of cells overexpressing the indicated proteins, assayed by SDS-PAGE and silver staining (upper panel) or direct primer-extension assay for telomerase activity (lower panel). (G) Denaturing gel electrophoresis and Southern blotting
detecting G-strand (left panel) and C-strand (right panel) telomeric
repeat-tract lengths in cell lines overexpressing
the indicated protein or in the parental CU522 cell line.