减数分裂同源重组修复DNA双链断裂的分子机制研究

Defects of faithful chromosome segregation in ooyctes during meiosis I cause most infertility, spontaneous abortion and chromosome diseases. In meiosis, the first step for faithful chromosome segregation is that homologous recombination repairs DNA double strand break (DSB). Homologous recombination is not only necessary for the genetic information exchange, but also for the bi-orientation of sister chromatids kinetochores and spindle assembly checkpoint. In addition, many exogenous factors, such as anti-tumor drugs, can induce DSB damage, which must be repaired by homologous recombination. This project is focused on the repair of DSB by homologous recombination in meiosis. In budding yeast, we will screen and indentify new genes involved in homologous recombination by recombination intermediates system, crossover interference system and kinetochore orientation system; prove the hypothesis that Sumoylation promotes crossover; investigate that RNA mediates DSB repair as a DNA template in homologous recombination. In mice oocytes, we will identify and explore the yeast homologs involved in the homologous recombination by conditional knockout mice. The results will help the prevention of abortion and treatment of chromosome diseases and give the new idea for the treatment of cancer people who want to keep the fertility capability.

大多数不孕不育、自发流产和染色体疾病源于卵子发生中第一次减数分裂时染色体的不正确分离。减数分裂同源重组修复DNA双链断裂是确保染色体正确分离的第一步，这不仅是遗传信息交换的需要，由此产生的交叉也是姐妹染色单体同向定向和纺锤体检验点所必需的。此外，外部因素如抗肿瘤药也会引发DNA双链断裂损伤，必须及时用同源重组修复。本课题着重于研究减数分裂同源重组修复DNA双链断裂的机制，在模式生物酵母中采用同源重组中间产物检测系统、交叉干扰检测系统、姐妹染色单体定向检测系统，筛选鉴定参与同源重组修复DNA双链断裂的新基因，验证翻译后SUMO化修饰促进重组交叉假说，探索RNA作为模板指导DNA复制从而帮助同源重组修复DSB的机制；利用条件敲除鼠验证小鼠卵母细胞同源重组修复DNA双链断裂的途径和关键蛋白。本研究不仅会为预防流产以及治疗染色体遗传疾病提供理论基础，也为想保持生殖力的肿瘤患者治疗提供新思路。

减数分裂同源重组修复DNA双链断裂是确保染色体正确分离的第一步，本项目研究其内在的分子机制，目的在于为由卵母细胞损伤引起的流产以及染色体遗传疾病防治提供理论基础。. 主要研究内容：第一个DNA双链断裂损伤的同源重组修复保证减数分裂正确进行的研究。筛选验证了可能参与DSB同源重组修复的基因CCH1，并研究其在卵母细胞减数分裂成熟中的作用。第二个新增研究内容卵丘细胞与颗粒细胞可能参与卵母细胞DNA损伤修复的响应。第三个RNA参与DNA损伤的修复机制研究。. 我们研究发现：（1）在Sc 酵母重组检测系统中，编码钙离子通道的基因CCH1 / YGR217W突变会引起减数分裂过程延迟，DSB产物缺失，中间连接体损伤。这种同源重组的异常导致DNA双链损伤修复不力，后期减数分裂随着发生障碍。在哺乳动物找到CCH1的同系物，利用抑制剂Amlodipine抑制小鼠钙离子通道功能时，卵母细胞减数分裂成熟受到抑制，纺锤体异常，最后导致卵母细胞不对称分裂失败，形成两个等大的细胞，早期胚胎发育都受到严重损伤，不能发育到囊胚期。（2）在猪卵母细胞复合体培养中，我们发现DNA损伤导致卵丘细胞的凋亡与自噬的发生，反过来影响卵母细胞复合体的成熟。而在颗粒细胞上的实验表明这种DNA 双链断裂损伤修复是由同源重组CHEK1通路介导的，而不是CHEK2。当DNA损伤严重时，同源重组也不能完全修复DNA，引起颗粒细胞的凋亡与自噬。这样，卵丘细胞与颗粒细胞可能参与到卵母细胞的DNA损伤响应。（3）我们构建了一个RNA参与同源重组修复DNA DSBs的检测系统，并检测sme2 RNA的作用，虽然没有达到预期结果，但证明思路是可行的。分析原因，一是系统检测敏感性不够，需升级系统；二 所检测sme2 RNA的确没有参与到同源重组中，这需要更多实验证据来证明这一点。