减数分裂:介意差距

科学家们现在发现,细胞有时会在成对或成对的dsb位点释放DNA片段
©Franz Klein,Chrosomenbiologie,UniversitätWien

减数分裂是生成配子,生物体的生殖细胞所需的专业细胞分裂过程。在减数分裂,父母和母体染色体复制,对和交换其DNA的过程中的一种叫做减数分裂重组的过程。为了介导这种遗传物质的交换,细胞将双链断裂(DSB)引入其染色体DNA。

来自Max Perutz实验室染色体生物系Franz Klein实验室的科学家们现在发现,细胞有时会释放成对或双dsb位点的DNA片段。虽然这是由于错误修复或来自断裂部位其他地方的片段整合所导致的种系突变的明显风险,但它也可能是进化多样性的一个来源。这项研究以研究论文的形式发表在《自然》杂志上。

人类的遗传信息编码在23对染色体中,其中一对染色体由两个略有不同的副本或同源体组成。一个遗传自父亲,一个遗传自母亲。然而,人类的配子是单倍体——它们一开始只有一半的染色体数量。当配子在有性生殖过程中融合时,它们创造了一个拥有全套染色体的有机体。在减数分裂早期,亲代染色体的随机搭配以及同源染色体之间的遗传物质交换是后代遗传多样性的原因。

减数分裂从受控的自我伤害开始

每个人类配子包含数十亿种可能的组合中的遗传信息中的一个组合中的一个。性复制生物造成高风险来实现这种多样性。为了启动减数分裂重组,细胞在染色体中引入数百种危险的DNA DNSB,其中酶称为Spo11-络合物。通过使用同源副本作为模板,修复了断裂,并且在染色体之间交换了遗传信息。“已经观察到细胞以防止彼此相距远远困扰”,解释了Group Leader Franz Klein。“然而,令人惊讶的是,我们现在发现,大约20%的休息对应于紧密定位的DSB对,粉碎了染色体的整个碎片。这些差距也可以启动重组,以前没有考虑的东西。“

Spo11识别DNA的物理菌株

由分子生物学家领导的团队Silvia Prieler博士和生物信息管理员Dr. Doris Chen博士通过单一核苷酸精度映射了整个酵母基因组的释放片段,比以前涂上了DSB更好。这种精度导致了几个新的观察结果,例如,在切割反应期间DNA可能必须弯曲。他们还发现DNA经常在高拓扑应力下更有效地切割的位点。在转录期间,分离两个DNA链以允许RNA产生。这使得转录 - 气泡两侧的DNA股在转录泡沫中待过度或过分并产生相当大的物理菌株。通过所谓的拓扑异构酶解决这种拓扑菌株,SPO11-复合物密切相关。因此,一个关键问题是为什么拓扑异构酶相对引发减数分裂重组,因为细胞具有可以切割DNA的专用核酸酶。“减数分裂的目标是为尽可能多的网站提供新的遗传组合的机会,即将结合紧密间隔的父母等位基因”,弗兰兹克莱因说。“我们的研究提供了为什么SPO11可能如此适合于启动减数分裂重组的提示:代替识别染色体的特异性DNA序列,其总是在预定位置中重新组合染色体,它识别应激DNA,这些序列可能发生的任何序列发生的东西用过的。”

高风险-高潜力

为什么细胞会冒着破坏染色体的风险还不清楚。由于缺失或不规则位置插入的片段,这些空白和相应的片段增加了突变的风险。科学家们表明,尽管这些双链断裂在整个基因组中分布,但它们通常与特别容易受到拓扑压力的启动子区域相对应。启动子是调节转录水平的遗传元件。“从进化的角度来看,如果能够在基因组的不同位置之间交换功能调节元件,那将是一件很棒的事情。这提出了一种有趣的可能性,即双dbs的减数分裂间隙可以刺激基因组中控制元素的进化。”Franz Klein总结道。毫无疑问,对于单个细胞来说,这是一项冒险的工作,但对于整个物种来说,冒险也许是值得的。

关于麦克斯·佩鲁茨实验室
Max Perutz实验室是由维也纳大学和维也纳医科大学建立的一个研究机构,旨在为分子生物学领域的优秀的、国际公认的研究和教育提供一个环境。Max Perutz实验室的科学家致力于对基本生物医学过程的机械理解,他们的目标是将基础研究的突破与人类健康的进步联系起来。Max Perutz实验室位于维也纳生物中心,这是欧洲生命科学的热点之一,拥有大约50个研究小组,涉及来自40个国家的450多名科学家和工作人员。乐动体育赞助西班牙人多少钱
www.maxperutzlabs.ac.at.

出版在《自然:
Silvia Prieler, Doris Chen, Lingzhi Huang, Elisa Mayrhofer, Soma Zsótér, Magdalena, Vesely, Jean Mbogning, Franz Klein: Spo11通过拓扑应力位点上的1个协调剪切产生染色体间隙。2021年自然,DOI:10.1038 / s41586-021-03632-x
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