減數(shù)分裂前期染色體會(huì)發(fā)生一系列變化，此次分享的文章關(guān)注減數(shù)分裂前期DNA損傷修復(fù)、聯(lián)會(huì)復(fù)合物形成、同源染色體交叉互換，具體內(nèi)容如下：

首先簡(jiǎn)述一下減數(shù)分裂前期染色體的動(dòng)態(tài)變化：細(xì)線期（Leptotene），DNA發(fā)生雙鏈損傷（DSB）；偶線期（Zygotene）重組酶RAD51結(jié)合到一條損傷的DNA單鏈上，進(jìn)行同源尋找，誘導(dǎo)DNA單鏈侵入同源雙鏈DNA；粗線期（Pachytene）聯(lián)會(huì)復(fù)合物形成，將同源染色體“粘”在一起；雙線期（Diplotene）形成交叉互換復(fù)合物（CO）?？v觀整個(gè)減數(shù)分裂前期，重要事件有三 - DNA損傷修復(fù)、聯(lián)會(huì)復(fù)合物形成、交叉互換復(fù)合物形成，此次分享的文章用SIM超分辨技術(shù)對(duì)減數(shù)分裂進(jìn)行觀察，研究這三個(gè)事件的時(shí)空關(guān)系 – 上圖來源于網(wǎng)絡(luò)

 

為了提高信噪比，文章作者用了核spreading的方法制樣，細(xì)節(jié)可找原文研究一下

 

 先觀察各個(gè)時(shí)期DNA損傷修復(fù)相關(guān)蛋白量的變化：染色體交叉互換復(fù)合物CO（COSA-1是CO的marker）實(shí)際上是DNA損傷修復(fù)轉(zhuǎn)化而來，因此DNA損傷修復(fù)蛋白和CO的形成密切相關(guān)，涉及的蛋白主要包括重組酶RAD-51、單鏈DNA結(jié)合蛋白R(shí)PA-1、解旋酶BLM、CO促進(jìn)因子MSH-5。文章作者以線蟲生殖細(xì)胞為研究對(duì)象，根據(jù)染色體形狀（HTP-3為染色體軸marker）將生殖細(xì)胞所處時(shí)期歸類（上圖主要關(guān)注偶線期zygotene和粗線期pachytene，DSB-2指示粗線期早期），統(tǒng)計(jì)生殖細(xì)胞細(xì)胞核內(nèi)各種蛋白點(diǎn)的數(shù)量后，以分裂時(shí)相和點(diǎn)數(shù)分別為xy軸做圖。各損傷修復(fù)蛋白在粗線期達(dá)到峰值，到粗線期末期消失，值得注意的是從CO的角度去看可將DNA損傷修復(fù)分為CO相關(guān)修復(fù)和非CO相關(guān)修復(fù)，MSH-5因其有促進(jìn)CO形成作用，到粗細(xì)期末期在核內(nèi)仍可觀察到

 

單純的看CO形成（COSA-1為CO marker），可發(fā)現(xiàn)CO在粗線期末期形成（紅框代表粗線期早期，綠框代表末期）

 

 

通過對(duì)大量不同生殖細(xì)胞的觀察、歸納總結(jié)，文章作者概括出了上圖：細(xì)線期（leptotene）RAD-51結(jié)合到染色體上；偶線期（zygotene）各種DNA損傷修復(fù)蛋白都結(jié)合到了染色體上，同時(shí)因?yàn)橥唇閷?dǎo)修復(fù)的作用，出現(xiàn)了同源染色體相互靠近的現(xiàn)象；粗線期（pachytene）各種修復(fù)蛋白達(dá)到高峰后離去，部分損傷修復(fù)轉(zhuǎn)化為CO；雙線期/終變期（diplotene/diakinesis）僅剩CO marker COSA-1

 

看完各個(gè)修復(fù)蛋白隨分裂時(shí)相量的變化之后開始看它們的空間分布，首先是偶線期的重組酶RAD-51：在染色體附近，大部分成對(duì)或細(xì)長(zhǎng)的狀態(tài)

 

粗線期早期解旋酶BLM也是成對(duì)或細(xì)長(zhǎng)的狀態(tài)，延著染色體分布

 

粗線期早期單鏈DNA結(jié)合蛋白R(shí)PA-1同樣成對(duì)或細(xì)長(zhǎng)狀態(tài)，延染色體分布，有時(shí)以單點(diǎn)存在，且和BLM彼此接近

 

粗線期早期MSH-5以單點(diǎn)狀態(tài)分布，定位在BLM成對(duì)的兩點(diǎn)之間或挨著BLM單點(diǎn) 

 

相較粗線期早期的單點(diǎn)分布，在粗線期末期MSH-5成對(duì)分布，橫在兩條相互靠近的染色體之間，在粗線期末期DNA修復(fù)相關(guān)蛋白只剩下BLM和MSH5，兩者十字交叉分布，CO復(fù)合物位于十字中心附近

到雙線期（diplotene）MSH-5和BLM的分布發(fā)生變化，有“萎縮”變少的趨勢(shì)，到終變期（diakinesis）完全消失

 

看完DNA修復(fù)蛋白和CO的空間關(guān)系之后，作者開始研究聯(lián)會(huì)復(fù)合物和CO的空間關(guān)系，筆者在網(wǎng)上搜索了一張聯(lián)會(huì)復(fù)合物的電鏡圖片：聯(lián)會(huì)復(fù)合物包括邊緣和中間兩部分，邊緣呈“梯子”狀，中間呈一條細(xì)線 – 上圖來源于網(wǎng)絡(luò)

SYP-1和SYP-2反映的是聯(lián)會(huì)復(fù)合物中心區(qū)，可見在粗線期早期COSA-1只是靠近聯(lián)會(huì)復(fù)合物，到粗線期末期，聯(lián)會(huì)復(fù)合物會(huì)鼓起一個(gè)空泡，COSA-1定位到空泡中形成CO，一直到雙線期CO和聯(lián)會(huì)復(fù)合物都保持著這樣的空間關(guān)系

這張圖說明了染色體（HTP-3）、聯(lián)會(huì)復(fù)合物（SYP-1）、CO（COSA-1）之間的空間關(guān)系：聯(lián)會(huì)復(fù)合物（綠色）位于兩條染色體（紅色）中間，將同源染色體“粘”在一起（和別的研究者的電鏡結(jié)果一致），CO（藍(lán)色）定位在聯(lián)會(huì)復(fù)合物空泡內(nèi)，被聯(lián)會(huì)復(fù)合物包裹

 

有文獻(xiàn)報(bào)道聯(lián)會(huì)復(fù)合物可促進(jìn)CO形成，但這方面的機(jī)制尚不是很清晰，所以文章作者做了兩類突變（突變聯(lián)會(huì)復(fù)合物中心區(qū)或突變促CO因子），看突變對(duì)DNA損傷修復(fù)蛋白的影響：發(fā)現(xiàn)突變后粗線期早期明顯延長(zhǎng)，DNA損傷事件變多

 

COSA-1被突變后（CO受影響）粗線期末期MSH-5不再定位到染色體附近：DSB-1為粗線期早期marker，野生型在失去DSB-1進(jìn)入粗線期末期后染色體附近尚仍有MSH-5分布，而突變型染色體附件不再有MSH-5

 

突變syp-1后（聯(lián)會(huì)復(fù)合物受到影響），到粗線期末期（紅框內(nèi)為早期，黃框內(nèi)為早-末轉(zhuǎn)化，綠框內(nèi)為末期）BLM消失（前面的實(shí)驗(yàn)在野生型上觀察到的是BLM到粗線期末期仍存在）

 

 突變影響聯(lián)會(huì)復(fù)合物后COSA-1和MSH-5的空間關(guān)系受到影響

野生型中到粗線期末期MSH-5和BLM十字交叉分布，定位在同源染色體中間，可突變影響聯(lián)會(huì)復(fù)合物后，兩者十字交叉分布現(xiàn)象消失，且MSH-5會(huì)錯(cuò)誤的定位到染色體上

 

這是一篇Cell，只有兩個(gè)作者，通篇都是顯微鏡的圖，足以說明超分辨技術(shù)的威力。顯微鏡的文章一個(gè)很大的門檻是工具使用，工具掌握了，選好題，直接把別人研究的細(xì)胞、分子行為拍遍就能成文̷̷

 

cription-url="https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/9094d59d-b8fb-4d47-8865-352419d3b5cf.jpg" data-src="http://dbear.cn/skin/m03sblue/image/lazy.gif" class="lazy" original="https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/9094d59d-b8fb-4d47-8865-352419d3b5cf.jpg" _width="676.992px" src="https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/9094d59d-b8fb-4d47-8865-352419d3b5cf.jpg&tp=webp&wxfrom=5&wx_lazy=1" data-order="0" data-fail="0" />Woglar A , Villeneuve A M . Dynamic Architecture of DNA Repair Complexes and the Synaptonemal Complex at Sites of Meiotic Recombination[J]. Cell, 2018:S0092867418303982.

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