导读：美国加州大学戴维斯分校的科研人员发现了帮助精子和卵子各自准确地发育出23条染色体的一个关键工具。这项发表在了4月13日的《细胞》杂志上的研究可能为生育力、自然流产、癌症和发育疾病提供见解。
科研人员发现减数分裂期间分开DNA链的分子工具
美国加州大学戴维斯分校的科研人员发现了帮助精子和卵子各自准确地发育出23条染色体的一个关键工具。这项发表在了4月13日的《细胞》Cell 杂志上的研究可能为生育力、自然流产、癌症和发育疾病提供见解。
健康人拥有46条染色体，其中23条来自精子，23条来自卵子。拥有错误数量的染色体的胚胎通常会流产，或者出现诸如唐氏综合征等疾病，该病是由21号染色体多出一个拷贝造成的。
加州大学戴维斯分校微生物学教授、这项新研究的资深作者Neil Hunter说，在减数分裂——产生精子和卵子的细胞分裂过程——期间，对应的染色体会配对，并且通过相互“交换”而连接起来。
这些连接对于染色体的准确整理以及具有正确数量的染色体的精子和卵子的形成具有关键作用。通过让染色体交换DNA片段，交换也在进化中起到了关键的作用，向下一代引入一些变化。
每一对染色体必须包含至少一个交换。但是每对不应该有超过大约两个交换，否则基因组就会变得不稳定。
在他们的论文中，Hunter和他的同事们描述了一种解释如何调控交换的“失落的工具”。
“肯定有酶确保了至少有一次交换，但是不会出现太多，”Hunter说。Hunter也是加州大学戴维斯分校综合癌症中心研究项目的成员之一。
Hunter、研究生Kseniya Zakharyevich、 Shangming Tang以及研究人员Yunmei Ma寻找了可能在酵母中切断DNA从而形成交换的酶。酵母形成有性别的配子——或称为孢子——的方式非常类似于人类和其他哺乳动物形成精子或卵子。
“曾有几个好的候选，但是结果发现它们都没有起到主要的作用，”Hunter说。
然后他们发现了用于交换的失落的工具：三种酵母酶Mlh1、Mlh3和 Sgs1。它们联合起来工作，从而切断DNA并进行交换。
结果发现，人类的这三种酶的类似物在抑制肿瘤方面起到了众所周知的作用。在一种遗传性结肠癌中，人类的MLH1 和MLH3发生了突变。而BLM，这种在人类中的Sgs1的等价物，在一种称为Bloom综合征的易发癌症的疾病中发生了突变。
“Sgs1是让我们最吃惊的，”Hunter说。“我们此前知道它是一种让DNA解开缠绕从而防止交换的酶。它在让交换发生方面的作用被其他一些酶掩盖了，后者在它不存在的时候可以代替它。”
“尽管其他的酶随机切断DNA，Mlh1-Mlh3-Sgs1只让交换发生。这种独特的活动对于减数分裂具有关键作用，而它的发现是向前迈出的一大步，”他说。
Delineation of Joint Molecule Resolution Pathways in Meiosis Identifies a Crossover-Specific Resolvase
Kseniya Zakharyevich, Shangming Tang, Yunmei Ma, Neil HunterSee
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 MutLγ complex Mlh1-Mlh3. Thus, Sgs1, Exo1, and MutLγ together define a previously undescribed meiotic JM resolution pathway that produces the majority of crossovers in budding yeast and, by inference, in mammals.
