مطالعه بینش جدیدی در مورد مکانیسم مونتاژ رشته Dmc1 ارائه می دهد

نوترکیبی همولوگ (HR) یک فرآیند مهم است که نقش های حیاتی متعددی را در طول میوز ایفا می کند، نوعی چرخه سلولی که به تولید مثل جنسی اختصاص دارد. در طول HR، مولکول های DNA همولوگ مواد ژنتیکی خود را مبادله می کنند. در طول پروفاز میوز، DNA در سرتاسر ژنوم بریده می شود و شکستگی های دو رشته ای DNA متعددی را تشکیل می دهد. چنین شکستگی های DNA آنزیم های نوترکیبی همولوگ را جذب می کنند که جفت شدن کروموزوم های همولوگ را تقویت می کند.

Dmc1 یکی از این رکامبینازهای اختصاصی میوز در یوکاریوت ها (جاندارانی که دارای هسته مشخصی هستند) است که همراه با رکامبیناز عمومی Rad51 به نواحی ssDNA تشکیل شده در انتهای DNA شکسته متصل می شود و فرآیند HR را تسهیل می کند. هر دو Dmc1 و Rad51 ترجیحاً ssDNA را برای تشکیل یک ساختار رشته ای مارپیچ به نام رشته پیش سیناپسی متصل می کنند. Swi5-Sfr1 و Hop2-Mnd1 برای عملکرد کارآمد آن بسیار مهم هستند، دو فاکتور جانبی هستند که به مونتاژ رشته های Dmc1 در ssDNA کمک می کنند. در حالی که مطالعات قبلی نشان داده‌اند که Swi5-Sfr1 و Hop2-Mnd1 سهم مهمی در تبادل رشته‌های مبتنی بر Dmc1 در طول HR دارند، مکانیسم‌های زیربنایی مشارکت مولکولی آن‌ها مبهم باقی مانده‌اند.

یک تیم تحقیقاتی به رهبری دستیار پروفسور هیدئو تسبوچی از موسسه فناوری توکیو (تکنولوژی توکیو)، ژاپن و پروفسور هانگ ون لی از دانشگاه ملی تایوان، تایوان، با روشن کردن عملکرد مولکولی آنها، اکنون چگونگی پروتئین های Swi5-Sfr1 را نشان می دهند. و Hop2-Mnd1 مجموعه رشته های Dmc1 را تنظیم می کنند. آنها با استفاده از آزمایش های تک مولکولی، این مطالعه را با پروتئین هایی از Schizosaccharomyces pombeیک گونه مخمر شکافتی که به عنوان ارگانیسم مدل استفاده می شود. کار آنها در تحقیقات اسیدهای نوکلئیک مجله در 3 جولای 2023.

به این منظور، محققان ابتدا Dmc1، Hop2-Mnd1 و Swi5-Sfr1 را از S. pombe. سپس آنها این پروتئین ها را تحت یک تکنیک تخصصی به نام انتقال انرژی رزونانس فلورسانس تک مولکولی قرار دادند که از یک پرتو لیزر و بسترهای DNA برچسب گذاری شده با مواد شیمیایی فلورسنت برای تشخیص برهمکنش بین Dmc1 و DNA استفاده می کند. علاوه بر این، محققان همچنین آزمایش‌های حرکت ذرات متصل (برای مشاهده تغییرات در شکل و پیکربندی پلیمرهایی مانند DNA) را برای تجسم مجموعه رشته‌ای Dmc1 در زمان واقعی انجام دادند.

بر اساس این نتایج، محققان خاطرنشان کردند که هر دو Swi5-Sfr1 و Hop2-Mnd1 مونتاژ رشته Dmc1 را در ssDNA، اما به دو روش متفاوت، ترویج می‌کنند. Hop2-Mnd1 به پیوندهای DNA دوتایی/تک رشته ای متصل می شود و اتصال Dmc1 به خود را آغاز می کند. Swi5-Sfr1 به رشته Dmc1 مونتاژ شده متصل می شود و از جدا شدن Dmc1 از رشته پیش سیناپسی جلوگیری می کند. بنابراین، آنها مشاهده کردند که ترکیب این دو عامل به تشکیل رشته Dmc1 کارآمد و پایدار کمک می کند.

به طور خلاصه، این یافته ها بینش های مهمی را در مورد مکانیسم های زیربنایی مونتاژ رشته Dmc1 و عملکرد پروتئین های جانبی آن ارائه می دهد. در ادامه، این می تواند به پیشرفت درک ما از HR در میوز، یک پدیده بیولوژیکی حیاتی در تولید مثل یوکاریوتی کمک کند. اگرچه پروتئین های مورد مطالعه در این مقاله از مخمرهای شکافت هستند، اما به طور گسترده ای در سراسر یوکاریوت ها از جمله انسان حفظ می شوند. با توجه به اینکه نوترکیبی همولوگ برای جداسازی وفادار کروموزوم ها در طول میوز ضروری است، نتایج به دست آمده در این مطالعه احتمالاً با درک سیستم های تولید مثل انسان مرتبط است. آنها ممکن است درک علت ناباروری و برخی اختلالات ژنتیکی ناشی از تفکیک نادرست کروموزوم، مانند سندرم داون را روشن کنند.