揭示同源重组中Dmc1丝组装的分子基础
同源重组(HR) 是一个重要过程，在减数分裂(一种专门用于有性生殖的细胞周期)过程中发挥着多种关键作用。同源反应期间，同源 DNA 分子交换其遗传物质。在减数分裂前期，DNA 在整个基因组中被剪切，形成许多 DNA 双链断裂。这种 DNA 断裂会吸引同源重组酶，从而促进同源染色体配对。
Dmc1 是真核生物(具有明确细胞核的生物体)中的一种减数分裂特异性重组酶，它与通用重组酶 Rad51 一起结合到断裂 DNA 末端形成的 ssDNA 区域，并促进 HR 过程。Dmc1 和 Rad51 均优先结合 ssDNA，形成称为突触前丝的螺旋丝结构。Swi5-Sfr1 和 Hop2-Mnd1 是有助于在 ssDNA 上组装 Dmc1 细丝的两个辅助因子，对其有效发挥至关重要。虽然之前的研究表明 Swi5-Sfr1 和 Hop2-Mnd1 对 HR 期间 Dmc1 驱动的链交换做出了重要贡献，但其分子贡献背后的机制仍然难以捉摸。
东京工业大学 (Tokyo Tech) 助理教授 Hideo Tsubouchi 和国立大学教授 Hung-Wen Li 领导的研究小组揭示了蛋白质 Swi5-Sfr1 的分子功能Hop2-Mnd1 调节 Dmc1 丝组装。他们利用单分子实验，利用粟酒裂殖酵母(一种用作模式生物的裂殖酵母物种)的蛋白质进行了这项研究。他们的研究成果于 2023 年 7 月 3 日发表在《核酸研究》杂志上。
为此， 研究人员首先从粟酒裂殖酵母中纯化了Dmc1、Hop2-Mnd1和Swi5-Sfr1 。然后，他们对这些蛋白质进行了一种称为单分子荧光共振能量转移的专门技术，该技术使用激光束和用荧光化学物质标记的 DNA 底物来检测 Dmc1 和 DNA 之间的相互作用。此外，研究人员还进行了系留粒子运动实验(观察 DNA 等聚合物的形状和配置的变化)，以实时可视化 Dmc1 丝组装体。
基于这些结果，研究人员指出，Swi5-Sfr1 和 Hop2-Mnd1 都促进 Dmc1 丝在 ssDNA 上的组装，但以两种不同的方式。Hop2-Mnd1 结合双/单链 DNA 连接并启动 Dmc1 与其自身的结合。Swi5-Sfr1 与组装的 Dmc1 丝结合并防止 Dmc1 从突触前丝解离。因此，他们观察到这两个因素的结合有助于有效且稳定的 Dmc1 丝形成。
总之，这些发现为了解 Dmc1 丝组装及其辅助蛋白功能的机制提供了重要的见解。展望未来，这可能有助于增进我们对减数分裂中同源重组的理解，减数分裂是真核生殖中一个重要的生物现象。尽管本文研究的蛋白质来自裂殖酵母，但它们在包括人类在内的真核生物中广泛保守。鉴于同源重组对于减数分裂过程中染色体的忠实分离至关重要，本研究获得的结果可能与了解人类生殖系统有关。它们可能有助于了解不孕症的原因以及由染色体错误分离引起的某些遗传性疾病，例如唐氏综合症。
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