基因重組新發(fā)現(xiàn) 臺大與哈佛破解遺傳多樣性之謎

你知道我們的遺傳多樣性是如何產(chǎn)生的嗎？在減數(shù)分裂的過程中，來自父母的染色體會交換遺傳物質(zhì)，這是產(chǎn)生遺傳多樣性的關(guān)鍵。但要如何確保這個交換過程精確無誤，同時維持基因組的穩(wěn)定，一直是生物學(xué)家們探索的課題。

近日，臺灣大學(xué)生化科學(xué)研究所、化學(xué)系與哈佛大學(xué)的研究團隊合作，首次發(fā)現(xiàn)一種名為Hop2-Mnd1的蛋白複合體具有特殊的調(diào)控機制。這個複合體能在不同程度相似的DNA序列中，精準(zhǔn)地選擇刺激或抑制DNA重組酵素的活性。這項發(fā)現(xiàn)不僅首次揭示Hop2-Mnd1蛋白先前未知的功能，也為人們了解減數(shù)分裂中染色體如何精確重組提供新的見解。研究成果已發(fā)表於國際頂尖期刊Nature Communications。

在減數(shù)分裂中，重組酵素Dmc1能夠催化父母同源染色體間相似的DNA序列交換，促進遺傳多樣性的形成。然而，如果Dmc1促進不正確的DNA序列交換，可能導(dǎo)致基因組的不穩(wěn)定，甚至引發(fā)疾病。因此，細胞如何精確地調(diào)控Dmc1活性，使其只在正確的DNA序列間進行交換，是生物學(xué)家們關(guān)注的重要問題。

過去的研究認為Hop2-Mnd1蛋白複合體僅是Dmc1的輔助刺激因子。然而，在這次的研究中，團隊成功獲得高純度的Hop2-Mnd1和Dmc1蛋白，並設(shè)計多種相似性不同的DNA序列進行實驗。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)DNA序列完全相同或只有微小差異時，Hop2-Mnd1會刺激Dmc1的活性；但當(dāng)DNA序列相似性較低時，Hop2-Mnd1反而抑制Dmc1活性，防止錯誤的DNA交換發(fā)生。透過對Hop2-Mnd1蛋白的深入生化分析，研究團隊證實這種選擇性調(diào)控主要是透過Hop2-Mnd1與Dmc1之間的蛋白相互作用來達成。這項發(fā)現(xiàn)不僅加深對減數(shù)分裂過程的理解，還可能為遺傳疾病的研究提供新的方向。

這項研究由臺大生化所冀宏源教授團隊、臺大化學(xué)系李弘文教授團隊，以及哈佛大學(xué)物理系Mara Prentiss教授共同完成。主要參與的研究人員有彭若晴、張皓衍和孫玉婷，充分展現(xiàn)跨領(lǐng)域合作在科學(xué)發(fā)現(xiàn)中的重要性。

研究成果全文: https://www.nature.com/articles/s41467-024-53641-3