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cc-seq：Spo11 DNA的核苷酸分辨率映射...
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SPO11二聚化控制减数分裂DNA双链断裂的形成
SPO11 二聚化控制减数分裂 DNA 双链断裂形成 Cédric Oger 1 和 Corentin Claeys Bouuaert 1，* 1 鲁汶生物分子科学与技术研究所，鲁汶天主教大学，1348 Louvain-La-Neuve，比利时。 * 通讯地址：corentin.claeys@uclouvain.be。SPO11 通过诱导程序性 DNA 双链断裂 (DSB) 来启动减数分裂重组，但这种催化活性从未在体外重建。在这里，我们使用小小鼠 SPO11 报告了一个重现减数分裂 DSB 形成所有特征的生化系统。我们表明，SPO11 在没有任何伴侣的情况下催化断裂形成，并保持与 5 ¢ 断裂链的共价连接。我们发现 SPO11 的靶位选择受 DNA 底物的序列、可弯曲性和拓扑结构的影响，并提供了 SPO11 可以重新修复单链 DNA 断裂的证据。此外，我们表明 SPO11 在溶液中是单体，而切割需要二聚化才能重建两个混合活性位点。SPO11 及其伴侣 TOP6BL 形成 1:1 复合物，该复合物催化 DNA 切割，其活性与单独的 SPO11 相似。然而，该复合物以更高的亲和力结合 DNA 末端，表明在切割后可能发挥作用。我们提出了一个模型，其中体内 DSB 形成所需的 SPO11 的其他伴侣组装生物分子凝聚物，招募 SPO11-TOP6BL，从而实现二聚化和切割。我们的工作确立了 SPO11 二聚化是控制减数分裂 DSB 诱导的基本机制。
减数分裂 Cas9 表达介导雄性和雌性小鼠生殖系中的基因转换
高效的基因转换系统有可能促进使用实验室小鼠研究复杂的遗传性状，如果以“基因驱动”的形式实施，则可以限制野生啮齿动物种群造成的生物多样性丧失和疾病传播。我们之前表明，在雌性小鼠生殖系中，这种在 CRISPR/Cas9 双链 DNA 断裂 (DSB) 序列后从杂合子到纯合子的基因转换系统是可行的。然而，在雄性生殖系中，所有 DSB 都通过末端连接 (EJ) 机制修复，形成“插入/缺失”(indel) 突变。这些观察结果表明，将 Cas9 表达的时间与减数分裂 I 同时发生对于有利于同源染色体排列和染色体间同源定向修复 (HDR) 机制占主导地位的条件至关重要。在这里，我们使用 Spo11 基因座上的 Cas9 敲入等位基因，表明 Cas9 的减数分裂表达确实介导雄性和雌性生殖系中的基因转换。然而，雄性和雌性生殖系中 HDR 和 indel 突变的频率都很低，这表明 Cas9 可能在 Spo11 基因座中表达水平太低，无法有效形成 DSB。我们认为，在减数分裂 I 早期启动的更强劲的 Cas9 表达可能会提高基因转换的效率，并进一步提高雄性和雌性小鼠的“超孟德尔”遗传率。
fignl1-firrm对于减数分裂重组至关重要，并防止DNA损伤无关RAD51和DMC1加载
在减数分裂期间，链交换蛋白RAD51和DMC1的核蛋白蛋白质对通过同源重组（HR）修复SPO11生成的DNA双链断裂（DSB）至关重要。正和负RAD51/DMC1调节剂的平衡活性可确保正确重组。类似烦躁的类似1（fignl1）先前显示出对人类细胞中RAD51的负调节。然而，fignl1在MAM-MALS中减数分裂重组中的作用仍然未知。在这里，我们使用男性种系条件敲除（CKO）小鼠模型解读了Fignl1和Fignl1相互作用调节剂（FIRRM）的减数分裂功能。在小鼠精子细胞中完成减数分裂预言所必需。尽管在减数分裂DSB热点对DMC1上有效募集，但晚期重组中间体的形成在FIRRM CKO和Fignl1 CKO精子细胞中仍然有缺陷。此外，Fignl1-FiRRM复合物将RAD51和DMC1的积累限制在完整的染色质上，这是由于SPO11催化的DSB的形成而独立于形成。纯化的人fignl1δn改变了rad51/dmc1核蛋白素的结构，并在体外inshi-bits链链入侵。因此，这种复合物可能在减数分裂DSB的位点调节RAD51和DMC1关联，以促进重组中间体的促进链和处理。
1介导减数分裂双链破裂活动
在第一个减数分裂细胞分裂中摘要，大多数生物体的染色体的适当分离取决于chiasmata，这是源自spo11核酸酶催化的编程双链断裂（DSB）的同源染色体之间的连续性交换。由于DSB会导致生殖细胞无法弥补的损害，而缺乏DSB的染色体也缺乏Chiasmata，因此必须仔细调节DSB的数量既不会太高也不太低。在这里，我们表明，在秀丽隐杆线虫中，减数分裂DSB水平受DSB-1的磷酸调节控制，DSB-1是PP4 PPH-4.1磷酸酶和ATR ATL-1 Kinase的相对活性，DSB-1（酵母SPO11辅助剂REC114）的同源物。PPH-4.1突变体中DSB-1磷酸化的增加与DSB形成的减少相关，而DSB-1磷酸化的预防大大增加了PPH-4.1突变体和野生型背景中的减数分裂DSB的数量。秀丽隐杆线虫及其近亲还具有DSB-1的差异旁系同源物，称为DSB-2，而DSB-2的丢失却可以减少年龄增加的卵母细胞中的DSB形成。我们表明，DSB-1的哲学和灭活形式的比例随着年龄的增长和DSB-2的流失而增加，而不可磷酸化的DSB-1则挽救了DSB-2突变体中DSB的年龄依赖性降低。这些结果表明，DSB-2部分进化以补偿DSB-1通过磷酸化的失活，以维持老年动物的DSB水平。我们的工作表明，PP4 PPH-4.1，ATR ATL-1和DSB-2与DSB-1协同作用，以在整个生殖寿命中促进最佳DSB水平。
除草剂利谷隆对热带爪蟾大脑和睾丸 DNA 甲基化谱的雄性传递跨代效应
除草剂利谷隆可对非洲爪蟾（Xenopus Tropicalis）产生内分泌干扰作用，包括从未接触过该污染物的后代。这些影响跨代传递的机制有待进一步研究。在这里，我们研究了大脑和睾丸 DNA 甲基化谱的跨代改变，这些改变是从发育过程中接触到环境相关浓度利谷隆的祖父那里遗传下来的。简化代表性亚硫酸氢盐测序 (RRBS) 揭示了成年雄性 F2 代大脑 (3060 个 DMR) 和睾丸 (2551 个 DMR) 中的许多差异甲基化区域 (DMR)。大脑中参与生长激素 ( igfbp4 ) 和促甲状腺激素信号传导 ( dio1 和 tg ) 的关键基因存在差异甲基化，并与体型、体重、后肢长度和血糖水平的表型改变相关，表明这些甲基化变化可能是利谷隆跨代效应的潜在介质。睾丸 DMR 存在于精子发生、减数分裂和生殖细胞发育所必需的基因（ piwil1 、 spo11 和 tdrd9 ）中，其甲基化水平与每个曲细精管的生殖细胞巢数量相关，这是精子发生中断的终点。DMR 还存在于调节表观遗传景观的机制（包括 DNA 甲基化）的几个基因中
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通过植物育种提高农作物的产量是耗时且费力的，而新颖的等位基因组合的产生受染色体链接块和连锁拖拉的限制。减数分裂重组对于通过父母等位基因的重组创造新的遗传变异至关重要。同源染色体之间的遗传信息交换发生在跨界（CO）位点，但CO频率通常很低且分布不均。这种偏见在重组“冷”区域中引起了连锁 - 拖拉的问题，其中不希望的变化仍然与有用性状相关。在植物中，编程的减数分裂特异性DNA双链断裂，由SPO11复合物催化，启动重组途径，尽管只有〜5％导致COS的形成。为了研究Spo11-1在小麦减数分裂中的作用，作为操纵的前奏，我们使用CRISPR/CAS9在六链球菌的所有三种SPO11-1同种植物中生成编辑。显示植物在所有六个Spo11-1副本中都表现出色，无法接受染色体突触，缺乏COS且无菌。相比之下，在营养生长和生育方面，携带三种野生型同源物中任何一个副本的线条与未经编辑的植物都无法区分。然而，对编辑植物的细胞遗传学分析表明，同种异体产生COS和突触动力学的能力有所不同。此外，我们还表明，携带六个编辑的小麦突变体的转化是用TASPO11-1B基因编辑的SPO11-1副本，恢复突触，CO形成和生育能力，因此为这种具有重要意义的作物的重组提供了一种途径。