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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點(diǎn)，為把我國建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設(shè)國際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國科學(xué)院辦院方針

首頁 > 科研進(jìn)展

首次在體外重構(gòu)減數(shù)分裂DNA雙鏈斷裂形成

2025-02-20 分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心

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語音播報(bào)

2月19日，中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心童明漢課題組聯(lián)合上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院黃旲團(tuán)隊(duì)，在《自然》（Nature）上在線發(fā)表了題為In vitro reconstitution of meiotic DNA double-strand break formation的研究成果。該研究基于體外表達(dá)和純化的小鼠SPO11-TOP6BL復(fù)合體，首次在體外成功重構(gòu)DNA雙鏈斷裂（DSB）形成，為剖析減數(shù)分裂同源重組機(jī)制建立了研究平臺。

減數(shù)分裂是存在于有性生殖生物中的特殊細(xì)胞分裂方式，也是有性生殖的基礎(chǔ)。同源重組是減數(shù)分裂中最重要的生物學(xué)事件之一。同源重組使親本雙方的遺傳物質(zhì)發(fā)生交換，增加了物種遺傳的多樣性，并能夠使同源染色體之間建立物理連接，以確保它們精確分離，維持染色體數(shù)量恒定。同源重組起始于程序性DSB形成。1997年，有研究發(fā)現(xiàn)，Spo11是催化酵母減數(shù)分裂DSB形成的關(guān)鍵蛋白，并揭示其在切割DNA雙鏈后會(huì)共價(jià)結(jié)合在DNA的5'末端。然而，如何在體外表達(dá)獲得有活性的Spo11以及如何在體外重構(gòu)減數(shù)分裂DSB形成過程尚不清楚。

Spo11是高度保守的蛋白，屬于II B型拓?fù)洚悩?gòu)酶家族中拓?fù)洚悩?gòu)酶VI（Top6）家族。Top6由兩個(gè)催化亞基（Top6A）和兩個(gè)調(diào)控亞基（Top6B）構(gòu)成異源四聚體，其活性依賴于Top6A和Top6B的協(xié)同作用。SPO11是Top6A的同源物，而TOP6BL作為Top6B的哺乳動(dòng)物同源物，直到2016年才被發(fā)現(xiàn)，并被證明也是減數(shù)分裂DSB形成所必需。

為解決體外重構(gòu)減數(shù)分裂DSB形成這一難題，童明漢課題組利用體外蛋白表達(dá)純化系統(tǒng)獲得SPO11-TOP6BL復(fù)合體，并首次在體外重現(xiàn)其切割DNA雙鏈的活性。隨后，童明漢課題組與黃旲團(tuán)隊(duì)合作，采用凝膠過濾層析、交聯(lián)質(zhì)譜、Pull Down等方法，探討了SPO11-TOP6BL復(fù)合體的生化特征，并證實(shí)該復(fù)合體在溶液中主要以異源二聚體形式存在，且只有極少部分能夠形成異源四聚體。進(jìn)一步，研究證明，在切割DNA后，SPO11共價(jià)結(jié)合于切割產(chǎn)物的5'末端。于此，困擾該領(lǐng)域近30年的體外重構(gòu)減數(shù)分裂DSB形成難題得以解決。

值得一提的是，美國紀(jì)念斯隆-凱特林癌癥中心Scott Keeney團(tuán)隊(duì)、比利時(shí)法語魯汶大學(xué)Corentin Claeys Bouuaert團(tuán)隊(duì)分別在《自然》上發(fā)表了背靠背論文。同期《自然》為三篇論文配發(fā)了評述文章。

研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會(huì)、科學(xué)技術(shù)部、中國科學(xué)院及上海市的支持。

論文鏈接

SPO11-TOP6BL切割DNA后共價(jià)連接在DNA的5'端

2月19日，中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心童明漢課題組聯(lián)合上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院黃旲團(tuán)隊(duì)，在《自然》（Nature）上在線發(fā)表了題為In vitro reconstitution of meiotic DNA double-strand break formation的研究成果。該研究基于體外表達(dá)和純化的小鼠SPO11-TOP6BL復(fù)合體，首次在體外成功重構(gòu)DNA雙鏈斷裂（DSB）形成，為剖析減數(shù)分裂同源重組機(jī)制建立了研究平臺。減數(shù)分裂是存在于有性生殖生物中的特殊細(xì)胞分裂方式，也是有性生殖的基礎(chǔ)。同源重組是減數(shù)分裂中最重要的生物學(xué)事件之一。同源重組使親本雙方的遺傳物質(zhì)發(fā)生交換，增加了物種遺傳的多樣性，并能夠使同源染色體之間建立物理連接，以確保它們精確分離，維持染色體數(shù)量恒定。同源重組起始于程序性DSB形成。1997年，有研究發(fā)現(xiàn)，Spo11是催化酵母減數(shù)分裂DSB形成的關(guān)鍵蛋白，并揭示其在切割DNA雙鏈后會(huì)共價(jià)結(jié)合在DNA的5'末端。然而，如何在體外表達(dá)獲得有活性的Spo11以及如何在體外重構(gòu)減數(shù)分裂DSB形成過程尚不清楚。Spo11是高度保守的蛋白，屬于II B型拓?fù)洚悩?gòu)酶家族中拓?fù)洚悩?gòu)酶VI（Top6）家族。Top6由兩個(gè)催化亞基（Top6A）和兩個(gè)調(diào)控亞基（Top6B）構(gòu)成異源四聚體，其活性依賴于Top6A和Top6B的協(xié)同作用。SPO11是Top6A的同源物，而TOP6BL作為Top6B的哺乳動(dòng)物同源物，直到2016年才被發(fā)現(xiàn)，并被證明也是減數(shù)分裂DSB形成所必需。為解決體外重構(gòu)減數(shù)分裂DSB形成這一難題，童明漢課題組利用體外蛋白表達(dá)純化系統(tǒng)獲得SPO11-TOP6BL復(fù)合體，并首次在體外重現(xiàn)其切割DNA雙鏈的活性。隨后，童明漢課題組與黃旲團(tuán)隊(duì)合作，采用凝膠過濾層析、交聯(lián)質(zhì)譜、Pull Down等方法，探討了SPO11-TOP6BL復(fù)合體的生化特征，并證實(shí)該復(fù)合體在溶液中主要以異源二聚體形式存在，且只有極少部分能夠形成異源四聚體。進(jìn)一步，研究證明，在切割DNA后，SPO11共價(jià)結(jié)合于切割產(chǎn)物的5'末端。于此，困擾該領(lǐng)域近30年的體外重構(gòu)減數(shù)分裂DSB形成難題得以解決。值得一提的是，美國紀(jì)念斯隆-凱特林癌癥中心Scott Keeney團(tuán)隊(duì)、比利時(shí)法語魯汶大學(xué)Corentin Claeys Bouuaert團(tuán)隊(duì)分別在《自然》上發(fā)表了背靠背論文。同期《自然》為三篇論文配發(fā)了評述文章。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會(huì)、科學(xué)技術(shù)部、中國科學(xué)院及上海市的支持。論文鏈接SPO11-TOP6BL切割DNA后共價(jià)連接在DNA的5'端

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