Nature：研究人员在体外重建减数分裂双链断裂形成

由中国科学院分子细胞科学卓越中心领导的研究小组，与上海交通大学医学院合作，报告了这一成功在体外减数分裂DNA双链断裂（DSB）形成的重建。

　　

双链断裂（DSB）是一种DNA损伤，DNA螺旋的两条链在同一位置被切断或断裂，导致DNA分子完全断裂。未修复或错误修复的DSB可能导致突变、染色体重排或细胞死亡，它们可能与癌症、衰老和遗传性疾病有关。然而，DSB对于减数分裂——形成精子和卵细胞的过程——也是必不可少的。

在减数分裂中，DSB是有意引入的，以允许通过混合父母基因进行遗传重组。同源重组——一个关键的减数分裂事件——不仅通过交换父母的遗传物质来增强遗传多样性，还建立了同源染色体之间的物理连接，以确保它们的精确分离。

早在1997年，研究人员就了解到，同源重组所需的程序性DSB的产生是由SPO11催化的。然而，尽管经过了近三十年的努力，研究人员一直未能在体外重建DSB的形成，直到最近中国、美国和比利时科学家取得了突破。

2025年2月19日，《自然》杂志发表了一项研究，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心（上海生物化学与细胞生物学研究所）的童明汉教授领导的研究团队与上海交通大学医学院新华医院的黄旲教授合作，成功在体外重建了减数分裂DNA双链断裂（DSB）的形成。

在这项研究中，研究人员利用Expi293F细胞表达并纯化了SPO11-TOP6BL复合物。他们证明了该复合物在体外能够切割DNA，并共价结合到DNA断裂的5'末端，从而成功重建了减数分裂DSB的形成。

通过定点突变策略，研究人员揭示了Mg2+对复合物的DNA切割活性至关重要。携带破坏Mg2+结合的SPO11点突变的敲入小鼠完全丧失了DSB的形成。有趣的是，SPO11复合物的活性独立于ATP，与其祖先酶拓扑异构酶VI不同。

这项研究是理解减数分裂重组的一个重大突破。它为剖析减数分裂同源重组的分子机制提供了一个强大的平台。