Nature│南模生物助力實(shí)現(xiàn)體外重構(gòu)減數(shù)分裂DSB形成過程

北京時(shí)間2025年2月19日，中國(guó)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)，在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊Nature發(fā)表題為“In vitro reconstitution of meiotic DNA double-strand break formation”的突破性研究成果。該研究成功構(gòu)建出具有催化活性的SPO11-TOP6BL蛋白復(fù)合體，并完整再現(xiàn)了減數(shù)分裂過程中DNA雙鏈斷裂（DSB）的形成機(jī)制，為解密生命遺傳的核心過程——同源重組建立了關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

南模生物為該研究提供了Spo11-D277N（NM-KI-241342）點(diǎn)突變小鼠。

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作為有性生殖的核心環(huán)節(jié)，減數(shù)分裂通過同源染色體間的遺傳物質(zhì)交換，既保證了物種遺傳多樣性，又確保了染色體精確分離。這一過程始于程序性DSB的形成：1997年科學(xué)家發(fā)現(xiàn)Spo11蛋白是酵母減數(shù)分裂中催化DSB形成的關(guān)鍵酶，但其在哺乳動(dòng)物中的活性機(jī)制及體外重構(gòu)難題，始終是領(lǐng)域內(nèi)懸而未決的"圣杯級(jí)"挑戰(zhàn)。
研究團(tuán)隊(duì)突破性地采用體外蛋白表達(dá)純化技術(shù)，成功獲得小鼠SPO11-TOP6BL功能復(fù)合體。通過凝膠層析、交聯(lián)質(zhì)譜等多維技術(shù)解析，證實(shí)該復(fù)合體以異源二聚體為主要存在形式，并首次在體外重現(xiàn)其切割DNA雙鏈的酶活性。尤為關(guān)鍵的是，研究團(tuán)隊(duì)捕捉到SPO11蛋白共價(jià)結(jié)合DNA斷裂5'末端的特征性現(xiàn)象，這一發(fā)現(xiàn)完美印證了體內(nèi)減數(shù)分裂DSB形成的分子特征。


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Fig1. Histological analysis of testes and ovaries from?Spo11DN/+ and Spo11DN/DN mice.

此外，該研究還發(fā)現(xiàn)，SPO11-TOP6BL復(fù)合體切割DNA 活性依賴于Mg2+/Mn2+，但不依賴于ATP，不同于拓?fù)洚悩?gòu)酶VI活性依賴ATP/Mg2+的特征。更進(jìn)一步，點(diǎn)突變 SPO11的Mg2+結(jié)合殘基導(dǎo)致SPO11-TOP6BL復(fù)合體DNA雙鏈切割活性顯著降低；相應(yīng)的一個(gè) Mg2+結(jié)合殘基點(diǎn)突變小鼠表現(xiàn)為減數(shù)分裂障礙，無(wú)DSB形成，其表型與 Spo11 完全敲除小鼠一致。


值得關(guān)注的是，美國(guó)紀(jì)念斯隆-凱特琳癌癥中心Scott Keeney團(tuán)隊(duì)、比利時(shí)法語(yǔ)魯汶大學(xué)Corentin Claeys Bouuaert團(tuán)隊(duì)分別在Nature上發(fā)表了背靠背文章“Reconstitution of SPO11-dependent double-strand break formation”和“SPO11 dimers are sufficient to catalyse DNA double-strand breaks in vitro”。加州大學(xué)圣迭戈分校專家在專題評(píng)述中指出，這三個(gè)獨(dú)立研究團(tuán)隊(duì)共同實(shí)現(xiàn)了減數(shù)分裂研究領(lǐng)域的重大突破（"a big break"），標(biāo)志著該領(lǐng)域正式邁入"研究新紀(jì)元"。
該研究由分子細(xì)胞卓越中心湯辛哲博士和胡澤濤博士共同主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，獲得蔡剛教授、李典范研究員等十余位專家的技術(shù)支持，以及國(guó)家蛋白質(zhì)科學(xué)研究（上海）設(shè)施等頂尖平臺(tái)的支撐。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的聯(lián)合資助，充分彰顯我國(guó)在基礎(chǔ)生命科學(xué)領(lǐng)域的創(chuàng)新實(shí)力。
阻斷疾病進(jìn)展的 “游戲規(guī)則改變者”，為帕金森病患者帶來新的希望。這一成果標(biāo)志著帕金森病研究領(lǐng)域的重大突破，有望推動(dòng)該領(lǐng)域的臨床治療取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。





南模生物擁有經(jīng)驗(yàn)豐富的模型定制團(tuán)隊(duì)，可為客戶定制敲除、條件性敲除、點(diǎn)突變、人源化、敲入等多種類型的基因編輯小鼠。此外，南模生物擁有含上萬(wàn)種成品小鼠的模型資源庫(kù)，基本覆蓋熱門基因的敲除/條件性敲除小鼠、免疫缺陷小鼠、靶點(diǎn)人源化小鼠、自發(fā)疾病小鼠、Cre/Dre 工具鼠、熒光示蹤小鼠等。
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