我科學家首次體外解析減數分裂DNA雙鏈斷裂分子機制

2025年2月20日，國際頂級學術期刊《自然》在線發表了上海交通大學醫學院附屬新華醫院黃旲研究員團隊與中國科學院分子細胞科學卓越創新中心童明漢課題組的合作研究成果《體外重構減數分裂DNA雙鏈斷裂形成》。該研究首次在實驗室環境中成功模擬並解析了減數分裂過程中DNA雙鏈斷裂（DSB）形成的分子機制，攻克了生殖生物學領域長達數十年的科學難題，為揭示有性生殖的核心機制提供了革命性研究工具。

減數分裂是生物體形成生殖細胞的核心過程，而DNA雙鏈斷裂的精準形成與修復則是啓動同源重組的關鍵步驟。研究團隊聚焦減數分裂初期核心蛋白複合體SPO11-TOP6BL，通過優化蛋白表達與純化技術，首次獲得了高純度的小鼠SPO11-TOP6BL複合體，並解析了其在溶液中的結構特徵。研究發現，該複合體以異源二聚體形式為主，僅少量可組裝為異源四聚體，這一特性與古細菌中的同源酶截然不同，揭示了哺乳動物減數分裂的特殊調控機制。

團隊通過體外實驗證實，SPO11-TOP6BL不僅能觸發DNA雙鏈斷裂，還能與斷裂的DNA末端共價結合，其活性與體內實驗結果完全一致。這是自上世紀SPO11被發現以來，全球首次在試管中直接“再現”其功能。

該成果填補減數分裂分子機制研究的空白，更為生殖醫學與遺傳疾病研究開闢了新路徑。例如在生殖健康領域，解析了DSB形成機制有助於深入理解不孕不育、染色體異常等疾病的成因；在遺傳病防治領域，為開發干預基因重組錯誤的新策略提供理論依據。與此同時，團隊建立的體外研究平台可加速相關藥物篩選與療法開發。

新華醫院與中科院的合作展現了基礎研究與臨牀轉化的深度融合，也彰顯了中國科學家在生命科學前沿領域的創新實力。本研究由中國科學院分子細胞科學卓越創新中心湯辛哲博士生和合作的博士生胡澤濤擔任共同第一作者，童明漢研究員與黃旲研究員為共同通訊作者。