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生殖细胞新认识:染色体为重组提供结构支点

人体精卵细胞发育过程中,染色体在一些部位会发生断裂和重排的事件。维也纳大学遗传学教授Franz Klein领导的研究小组利用高分辨率技术分析染色体变化过程,减数分裂过程中令人惊奇的发现已发表在细胞杂志上。

与DNA“断裂器”结合的染色体序列

与DNA“断裂器”结合的染色体序列

减数分裂是有性繁殖的前提,因为生殖细胞由特定细胞一分为二生成。减数分裂后生殖细胞包含一组完整的染色体(单倍体),而体细胞却有2组(2倍体)。当精卵细胞融合时,它们的染色体重新组合成二倍体胚胎。

纳米水平上的染色体

Franz Klein 和他的研究小组分析了启动DNA断裂重组的蛋白组分,绘制染色体的高清图以及标记蛋白组分的作用位点。Klein称,多亏DNA微阵列技术,我们可以从纳米水平上看到以前难以想象的图像。研究人员惊奇地发现DNA“断裂器”紧密地结合在染色体轴线上。

一次性的DNA“断裂器”

减数分裂过程中,谜点之一是染色体断裂点如何阻止附近区域的断裂。Klein称,早期的研究认为单一的DNA“断裂器”仅能工作一次,而据我们所知,DNA“断裂器”锚定在染色体上,被封锁的区域阻止其它DNA“断裂器”的锚定,这就是我们理解的为什么一个区域倾向于一个断裂。

染色体变形

正常的染色体能形成DNA环,减数分裂中DNA环与蛋白质结合,而缺陷基因会引起染色体丢失这一结构。Klein称,没人知道为什么染色体形状影响DNA“断裂器”的功能,我们发现DNA“断裂器”必需锚定在染色体轴上2个DAN环之间。如果环的位置发生改变,DNA“断裂器”的锚定位点也会相应改变。

 

英文摘要

Spo11-accessory proteins link double-strand break sites to the chromosome axis in early meiotic recombination

Abstract:Meiotic recombination between homologous chromosomes initiates via programmed DNA double-strand breaks (DSBs), generated by complexes comprising Spo11 transesterase plus accessory proteins. DSBs arise concomitantly with the development of axial chromosome structures, where the coalescence of axis sites produces linear arrays of chromatin loops. Recombining DNA sequences map to loops, but are ultimately tethered to the underlying axis. How and when such tethering occurs is currently unclear. Using ChIPchip in yeast, we show that Spo11-accessory proteins Rec114, Mer2, and Mei4 stably interact with chromosome axis sequences, upon phosphorylation of Mer2 by S phase Cdk. This axis tethering requires meiotic axis components (Red1/Hop1) and is modulated in a domain-specific fashion by cohesin. Loss of Rec114, Mer2, and Mei4 binding correlates with loss of DSBs. Our results strongly suggest that hotspot sequences become tethered to axis sites by the DSB machinery prior to DSB formation.

 

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摘要
关键字
染色体 生殖细胞
 
 
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