Durchbruch bei der Rekonstruktion von meiotischen DNA-Doppelstrangbrüchen

SHANGHAI / MÜNCHEN (IT BOLTWISE) – In einem bedeutenden wissenschaftlichen Fortschritt ist es Forschern gelungen, die Bildung von meiotischen DNA-Doppelstrangbrüchen (DSBs) in vitro erfolgreich zu rekonstruieren.

Die jüngste Veröffentlichung in einer renommierten wissenschaftlichen Zeitschrift beschreibt einen bedeutenden Fortschritt in der molekularen Zellbiologie: Die erfolgreiche in vitro Rekonstruktion von meiotischen DNA-Doppelstrangbrüchen (DSBs). Diese Entdeckung könnte das Verständnis der genetischen Rekombination während der Meiose revolutionieren, einem Prozess, der für die genetische Vielfalt bei sexuell reproduzierenden Organismen unerlässlich ist.

Die Meiose ist ein spezialisierter Zellteilungsprozess, der die Grundlage der sexuellen Fortpflanzung bildet. Ein zentraler Bestandteil dieses Prozesses ist die homologe Rekombination, die nicht nur die genetische Vielfalt durch den Austausch elterlicher genetischer Informationen erhöht, sondern auch physische Verbindungen zwischen homologen Chromosomen herstellt, um deren präzise Trennung zu gewährleisten.

Der Prozess der homologen Rekombination wird durch die Bildung programmierter DSBs eingeleitet, die durch das Enzym Spo11 katalysiert werden. Trotz der Entdeckung von Spo11 im Jahr 1997 blieb die in vitro Rekonstruktion dieses Prozesses eine Herausforderung, die nun gelöst wurde.

Unter der Leitung von Prof. Tong Minghan vom Center for Excellence in Molecular Cell Science der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und in Zusammenarbeit mit Prof. Huang Ying von der Xinhua Hospital, Shanghai Jiaotong University School of Medicine, gelang es den Forschern, den SPO11-TOP6BL-Komplex in Expi293F-Zellen zu exprimieren und zu reinigen.

Dieser Komplex zeigte die Fähigkeit, DNA zu spalten und sich kovalent an das 5′-Ende der DNA-Brüche zu binden, was die erfolgreiche in vitro Rekonstruktion der meiotischen DSB-Bildung demonstriert. Diese Entdeckung beantwortet eine langjährige Frage in der Forschung zur meiotischen Rekombination.

Durch den Einsatz einer Punktmutationsstrategie konnten die Forscher zeigen, dass Mg2+ für die DNA-Spaltungsaktivität des Komplexes unerlässlich ist. Knock-in-Mäuse mit einer SPO11-Punktmutation, die die Mg2+-Bindung stört, zeigten einen vollständigen Verlust der DSB-Bildung. Interessanterweise funktioniert die Aktivität des SPO11-Komplexes unabhängig von ATP, was ihn von seinem Vorläuferenzym, der Topoisomerase VI, unterscheidet.

Diese Studie stellt einen bedeutenden Durchbruch im Verständnis der meiotischen Rekombination dar und bietet eine leistungsstarke Plattform zur Untersuchung der molekularen Mechanismen der homologen Rekombination. Die Ergebnisse könnten weitreichende Auswirkungen auf die genetische Forschung und die Entwicklung neuer biotechnologischer Anwendungen haben.

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