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为探究减数分裂 DNA 末端切除机制，尤其是 MRN 复合物（MRE11、RAD50 和 NBS1）的作用，研究人员对携带 MRN 突变的小鼠精子发生过程进行基因组分析。结果表明 MRN 对切除起始和延伸至关重要，其缺陷会导致精子发生失败。该研究为理解哺乳动物减数分裂提供了重要依据。
在生物的遗传信息传递过程中，减数分裂如同一场精密的 “舞蹈”，而 DNA 双链断裂（DSB）的修复则是这场 “舞蹈” 中关键的舞步。在减数分裂期间，由 SPO11 蛋白产生的 DNA 双链断裂，必须经过核酸酶处理（切除）才能启动同源重组，这一过程对于遗传信息的准确传递至关重要。然而，目前人们对这一过程的理解，尤其是在哺乳动物减数分裂中的机制，还存在诸多空白。比如，虽然知道酵母的减数分裂切除机制是一个两步过程，但哺乳动物减数分裂切除的具体执行方式却相对模糊，MRN 复合物在其中的作用也不明确，而且切除长度与减数分裂重组以及生育能力之间的关系也有待探究。为了填补这些知识空白，来自 Memorial Sloan Kettering Cancer Center 等机构的研究人员开展了一项深入研究。他们通过对小鼠精子发生过程中减数分裂 DSB 切除进行基因组分析，旨在揭示 MRN 复合物在其中的具体作用。
研究人员运用了多种技术方法来开展此项研究。首先是基因编辑技术，通过构建多种携带不同 MRN 突变的小鼠模型，包括 Mre11 条件性敲除（Mre11 - cKO）、Mre11 - H129N（Mre11 - cHN）以及模拟人类疾病等位基因的 MRN 低表达突变体等，为研究提供了不同的实验对象。其次是测序技术，如 S1 测序（S1 - seq）和 Exo7/T 测序（Exo7/T - seq），用于可视化切除端点，分析 DSB 切除情况；还有染色质免疫沉淀测序（ChIP - seq），检测 MRE11 在热点区域的积累情况。此外，通过精子计数、精子细胞染色体铺展和免疫染色等技术，研究精子发生和减数分裂的进程。
研究结果如下：
- MRE11 对切除起始的关键作用：研究人员利用条件性敲除策略构建了 Mre11 - cKO 小鼠模型。通过免疫印迹和免疫组化分析发现，MRE11 蛋白在 Mre11 - cKO 小鼠睾丸中显著减少。S1 - seq 和 Exo7/T - seq 结果显示，在缺乏 MRE11 的情况下，DSB 几乎未被切除，信号主要集中在热点中心，这表明 MRE11 是切除起始所必需的。
- MRE11 对 DSB 数量的调控：与野生型相比，Mre11 - cKO 小鼠热点区域的测序读数显著增加，这可能是由于 MRN 依赖的 ATM 激活缺失，导致 DSB 数量增加。同时，Mre11 - cKO 小鼠还表现出双切割的特征，即多个 SPO11 复合物在相近位置切割同一 DNA 分子，这进一步证实了 MRE11 在控制 DSB 数量方面的重要性。
- MRE11 - cKO 小鼠的精子发生缺陷：Mre11 - cKO 小鼠睾丸明显小于对照组，精子发生过程受阻，减数分裂前期 I 出现异常，大部分精子细胞在减数分裂过程中凋亡，这表明 MRE11 蛋白对雄性小鼠的生育能力至关重要。
- 核酸酶失活的 MRE11 对切除长度的影响：研究人员构建了 Mre11 - cHN 小鼠模型，该模型表达核酸酶失活的 MRE11 蛋白。Exo7/T - seq 结果显示，Mre11 - cHN 小鼠的切除片段明显短于正常水平，这表明 MRE11 的核酸酶活性不仅参与切除起始，还对切除片段的延伸起作用。
- MRN 低表达突变体的切除缺陷：研究人员对携带 MRN 低表达突变的小鼠进行研究，发现这些突变体均存在切除缺陷，且切除长度显著缩短。这表明 MRN 复合物必须完全发挥功能，才能维持正常的切除长度。
- Nbs1ΔB 小鼠中蛋白结合与空间组织的变化：在 Nbs1ΔB 小鼠中，虽然切除长度缩短，但 DSB 修复蛋白 RPA、DMC1 和 RAD51 的结合和空间组织仍保持相对稳定。这表明即使切除长度发生变化，这些蛋白的基本功能仍能维持。
- EXO1 和 NBS1 N 端对切除长度的协同作用：研究人员构建了 Nbs1ΔB 和 Exo1 双突变小鼠模型，发现两者的突变对切除长度的影响具有加和性。这表明 EXO1 和 MRN 在减数分裂切除过程中共同发挥作用，EXO1 可能对 MRN 产生的切除片段进行 “修饰”。
研究结论和讨论部分指出，与酵母的减数分裂 DSB 切除途径不同，小鼠对 EXO1 的依赖较少，而 MRN 复合物在小鼠减数分裂 DSB 切除中起着至关重要的作用，不仅参与切除起始，还对切除片段的延伸不可或缺。MRN 复合物促进切除延伸的机制可能是通过直接切除 DNA 或招募 / 激活其他核酸酶。此外，研究还发现减数分裂对一定程度的切除缺陷具有耐受性，但当切除长度严重缩短时，如在 Nbs1ΔB Exo1DA 双突变体中，会导致减数分裂重组失败。该研究不仅明确了 DSB 切除的遗传控制机制，还为理解减数分裂过程中成功进行下游步骤所需的最小切除长度提供了重要线索，为进一步研究哺乳动物减数分裂的分子机制奠定了基础，具有重要的科学意义。
