我科学家首次体外解析减数分裂DNA双链断裂分子机制

2025年2月20日，国际顶级学术期刊《自然》在线发表了上海交通大学医学院附属新华医院黄旲研究员团队与中国科学院分子细胞科学卓越创新中心童明汉课题组的合作研究成果《体外重构减数分裂DNA双链断裂形成》。该研究首次在实验室环境中成功模拟并解析了减数分裂过程中DNA双链断裂（DSB）形成的分子机制，攻克了生殖生物学领域长达数十年的科学难题，为揭示有性生殖的核心机制提供了革命性研究工具。

减数分裂是生物体形成生殖细胞的核心过程，而DNA双链断裂的精准形成与修复则是启动同源重组的关键步骤。研究团队聚焦减数分裂初期核心蛋白复合体SPO11-TOP6BL，通过优化蛋白表达与纯化技术，首次获得了高纯度的小鼠SPO11-TOP6BL复合体，并解析了其在溶液中的结构特征。研究发现，该复合体以异源二聚体形式为主，仅少量可组装为异源四聚体，这一特性与古细菌中的同源酶截然不同，揭示了哺乳动物减数分裂的特殊调控机制。

团队通过体外实验证实，SPO11-TOP6BL不仅能触发DNA双链断裂，还能与断裂的DNA末端共价结合，其活性与体内实验结果完全一致。这是自上世纪SPO11被发现以来，全球首次在试管中直接“再现”其功能。

该成果填补减数分裂分子机制研究的空白，更为生殖医学与遗传疾病研究开辟了新路径。例如在生殖健康领域，解析了DSB形成机制有助于深入理解不孕不育、染色体异常等疾病的成因；在遗传病防治领域，为开发干预基因重组错误的新策略提供理论依据。与此同时，团队建立的体外研究平台可加速相关药物筛选与疗法开发。

新华医院与中科院的合作展现了基础研究与临床转化的深度融合，也彰显了中国科学家在生命科学前沿领域的创新实力。本研究由中国科学院分子细胞科学卓越创新中心汤辛哲博士生和合作的博士生胡泽涛担任共同第一作者，童明汉研究员与黄旲研究员为共同通讯作者。