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减数分裂过程中Spo11核心复合物的结构和功能研究

批准号:
32100679
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
许柱
依托单位:
学科分类:
生殖细胞及性别决定
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
许柱

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
减数分裂是有性生殖生物所特有的一种细胞分裂方式,其中同源染色体的重组和联会是其最基本特征,拓扑异构酶Spo11切割染色体DNA造成数百个程序性DNA双链断裂(DSBs)启动了减数分裂重组。除高度保守的Spo11蛋白外,酿酒酵母中程序性DSBs的形成还需其他9个成员的共同参与。由于减数分裂只能在体内发生,且存在特异的时空表达,导致人们对减数分裂启动的分子机制知之甚少。本课题从停滞在减数分裂前期的酵母细胞中纯化到了Spo11-Ski8-Rec102-Rec104四元核心复合物,且伴随着ATR/ATRIP的稳定共纯化,暗示ATR参与调控Spo11复合物的组装进而影响减数分裂启动和重组。我们将通过解析不同功能状态的Spo11-Ski8-Rec102 -Rec104四元核心复合物的高分辨冷冻结构,进而阐明Spo11诱导程序性DSBs的产生机制,推进对减数分裂启动的新认识。
英文摘要
Meiosis is a special form of cell division that occurs in sexually reproducing organisms. The recombination between homologous chromosome and synapsis are the most basic features in meiosis. Meiotic recombination is first initiated by hundreds of programmed DNA double strand breaks which is induced by the topisomerase Spo11. Besides the highly conserved Spo11, the formation of programmed DSBs also need other 9 proteins in yeast. People know little about the mechanism of meiotic recombination initiation, as the occurrence of meiosis in vivo and special spatial expression. We purified the Spo11-Ski8-Rec102-Rec104 core complex from the S. cerevisiae which stagnated at the meiosis prophase, also with the stable co-purificaiton of ATR/ATRIP complex. We will futher analyze the cryo-EM of Spo11-Ski8-Rec102-Rec104 core complex under different functional state. Upon the structural and functional characterization of Spo11 core complex, we will reveal the mechanism of programmed DSBs and meiosis initiation.
减数分裂是有性生殖生物所特有的一种细胞分裂方式,其中同源染色体的重组和联会是其最基本特征,拓扑异构酶Spo11切割染色体DNA造成数百个程序性DNA双链断裂(DSBs)启动了减数分裂重组。除高度保守的Spo11蛋白外,酿酒酵母中程序性DSBs的形成还需其他9个成员的共同参与。由于减数分裂只能在体内发生,且存在特异的时空表达,导致人们对减数分裂启动的分子机制知之甚少。本项目确定了:(1)Spo11-Ski8-Rec102-Rec104会形成稳定的四元复合物,且重组表达得到了具有活性的Spo11-Ski8-Rec102-Rec104四元复合物,同时明确了Spo11-Ski8-Rec102-Rec104四元复合物呈现出了典型的“双闸门模型”结构特征。本项目不仅推进了对减数分裂启动的新认识,而且相关成果还将为人类不孕不育的诊断和治疗提供分子标靶和理论依据。(2)本项目明确了TKT-PARP1调控DNA修复的分子机制,明确了TKT的表达和DNA损伤标志物γH2AX之间呈现出显著的负相关性,TKT的敲降显著抑制了同源重组HR修复和非同源末端连接NHEJ修复。进一步的分子机制研究表明DNA损伤促进了TKT和PARP1之间的相互作用,一方面PARP1可以介导TKT发生PARylation修饰,另一方面TKT又可以显著增强PARP1的auto-PARylation,本项目提出了一种基于靶向TKT提高肿瘤患者放疗效率的方法。
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