4月13日,，國際著名雜志《細胞》Cell上刊登了美國加州大學戴維斯分校的研究人員的最新研究成果“Delineation of Joint Molecule Resolution Pathways in Meiosis Identifies a Crossover-Specific Resolvase，”,，在文章中，科研人員發(fā)現(xiàn)了幫助精子和卵子各自準確地發(fā)育出23條染色體的一個關(guān)鍵工具,。這項研究可能為生育力,、自然流產(chǎn)、癌癥和發(fā)育疾病提供見解,。
健康人擁有46條染色體,，其中23條來自精子，23條來自卵子,。擁有錯誤數(shù)量的染色體的胚胎通常會流產(chǎn),，或者出現(xiàn)諸如唐氏綜合征等疾病，該病是由21號染色體多出一個拷貝造成的,。
加州大學戴維斯分校微生物學教授,、這項新研究的資深作者Neil Hunter說，在減數(shù)分裂產(chǎn)生精子和卵子的細胞分裂過程期間,，對應(yīng)的染色體會配對,，并且通過相互“交換”而連接起來。
這些連接對于染色體的準確整理以及具有正確數(shù)量的染色體的精子和卵子的形成具有關(guān)鍵作用,。通過讓染色體交換DNA片段,，交換也在進化中起到了關(guān)鍵的作用，向下一代引入一些變化,。
每一對染色體必須包含至少一個交換,。但是每對不應(yīng)該有超過大約兩個交換，否則基因組就會變得不穩(wěn)定,。
在他們的論文中,，Hunter和他的同事們描述了一種解釋如何調(diào)控交換的“失落的工具”。
“肯定有酶確保了至少有一次交換,，但是不會出現(xiàn)太多,，”Hunter說。Hunter也是加州大學戴維斯分校綜合癌癥中心研究項目的成員之一,。
Hunter,、研究生Kseniya Zakharyevich、 Shangming Tang以及研究人員Yunmei Ma尋找了可能在酵母中切斷DNA從而形成交換的酶,。酵母形成有性別的配子——或稱為孢子——的方式非常類似于人類和其他哺乳動物形成精子或卵子,。
“曾有幾個好的候選，但是結(jié)果發(fā)現(xiàn)它們都沒有起到主要的作用,，”Hunter說,。
然后他們發(fā)現(xiàn)了用于交換的失落的工具：三種酵母酶Mlh1、Mlh3和 Sgs1,。它們聯(lián)合起來工作,，從而切斷DNA并進行交換。
結(jié)果發(fā)現(xiàn),，人類的這三種酶的類似物在抑制腫瘤方面起到了眾所周知的作用,。在一種遺傳性結(jié)腸癌中，人類的MLH1 和MLH3發(fā)生了突變,。而BLM,，這種在人類中的Sgs1的等價物，在一種稱為Bloom綜合征的易發(fā)癌癥的疾病中發(fā)生了突變,。
“Sgs1是讓我們最吃驚的,，”Hunter說。“我們此前知道它是一種讓DNA解開纏繞從而防止交換的酶,。它在讓交換發(fā)生方面的作用被其他一些酶掩蓋了,，后者在它不存在的時候可以代替它。”
“盡管其他的酶隨機切斷DNA,，Mlh1-Mlh3-Sgs1只讓交換發(fā)生。這種獨特的活動對于減數(shù)分裂具有關(guān)鍵作用,，而它的發(fā)現(xiàn)是向前邁出的一大步,，”他說。
該研究受到了美國國立衛(wèi)生研究院的支持,。Hunter是霍華德,？休斯醫(yī)學研究所的青年科學家。（生物谷Bioon.com）
doi:10.1016/j.cell.2012.03.023
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Delineation of Joint Molecule Resolution Pathways in Meiosis Identifies a Crossover-Specific Resolvase
Kseniya Zakharyevich, Shangming Tang, Yunmei Ma, Neil Hunter
At the final step of homologous recombination, Holliday junction-containing joint molecules (JMs) are resolved to form crossover or noncrossover products. The enzymes responsible for JM resolution in vivo remain uncertain, but three distinct endonucleases capable of resolving JMs in vitro have been identified: Mus81-Mms4(EME1), Slx1-Slx4(BTBD12), and Yen1(GEN1). Using physical monitoring of recombination during budding yeast meiosis, we show that all three endonucleases are capable of promoting JM resolution in vivo. However, in mms4 slx4 yen1 triple mutants, JM resolution and crossing over occur efficiently. Paradoxically, crossing over in this background is strongly dependent on the Blooms helicase ortholog Sgs1, a component of a well-characterized anticrossover activity. Sgs1-dependent crossing over, but not JM resolution per se, also requires XPG family nuclease Exo1 and the MutL complex Mlh1-Mlh3. Thus, Sgs1, Exo1, and MutL together define a previously undescribed meiotic JM resolution pathway that produces the majority of crossovers in budding yeast and, by inference, in mammals.
