秀丽隐杆线虫SPO-11及其辅因子之间多层面且进化动态的相互作用确保减数分裂DNA双链断裂的正确形成

减数分裂前期中，由类拓扑异构酶蛋白SPO11产生的DNA双链断裂（DSBs）对于在同源染色体之间形成交换至关重要。由于交换是染色体在减数第一次分裂中实现双向定向排列所必需的，因此在大多数进行有性生殖的生物中，DSB的形成对减数分裂是必不可少的。鉴于过量DSB具有破坏基因组稳定性的潜在风险，SPO-11的活性必须受到多种辅助因子的严格调控。近期研究已证实，SPO11必须形成二聚体才能切割DNA，而可溶性的SPO11以及SPO11-TOPOVIBL复合物则主要以单体形式存在（1，2）。这种差异提示，SPO11辅助因子的一个主要作用可能是促进SPO11二聚化，例如通过提高局部浓度或协同定向SPO11原聚体来实现。然而，这种调控的机制尚不清楚。在本研究中，我们利用线虫属Caenorhabditis中的系统基因组学分析，表明保守辅助因子DSB-1Rec114在秀丽隐杆线虫中已演化为替代TOPOVIBL功能。我们提供了遗传学和生物化学证据，证明SPO-11与DSB-1之间的多重相互作用能够稳定蛋白质复合物的形成，并促进SPO-11二聚化。我们的结果阐明了程序性DSB形成的调控机制，该机制在保护基因组稳定性的同时，确保交换形成和减数分裂染色体分离。

减数分裂前期由类拓扑异构酶蛋白SPO11产生的DNA双链断裂（DSBs）对于在同源染色体之间形成交换是必不可少的。由于交换是染色体在第一次减数分裂中实现双向定向所必需的，因此在大多数进行有性生殖的生物中，DSB的形成对于减数分裂至关重要。鉴于过量DSB具有破坏基因组稳定性的潜在风险，SPO-11的活性必须受到多种辅因子的严格调控。近期研究已经证实，SPO11必须二聚化才能切割DNA，而可溶性的SPO11及SPO11-TOPOVIBL复合物则主要以单体形式存在（1, 2）。这种反差提示，SPO11辅因子的一个主要作用可能是促进SPO11二聚化，例如通过提高局部浓度或协同定向SPO11原聚体。然而，这种调控的机制尚不清楚。在本研究中，我们利用线虫属Caenorhabditis中的系统基因组学分析表明，保守辅因子DSB-1/Rec114在秀丽隐杆线虫中进化出替代TOPOVIBL功能的作用。我们提供了遗传学和生物化学证据，表明SPO-11与DSB-1之间的多重相互作用可稳定蛋白质复合物的形成，并促进SPO-11二聚化。我们的结果阐明了程序性DSB形成的调控机制，该机制在保护基因组稳定性的同时，确保交换形成和减数分裂染色体分离。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.30.741518v1?rss=1

🏷️ 减数分裂 DNA双链断裂 SPO-11 蛋白质相互作用 基因组稳定性 秀丽隐杆线虫