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| 識別子 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| エイリアス | SPO11、CT35、SPATA43、TOPVIA、減数分裂二本鎖切断の開始因子、SPO11 減数分裂二本鎖切断の開始因子、減数分裂組換え、Spo11、Meiotic_Spo11、IPR013048、Spo11、TOPOVIA | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 外部ID | オミム：605114; MGI : 1349669;ホモロジーン: 6059;ジーンカード：SPO11; OMA :SPO11 - オルソログ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Spo11は、ヒトではSPO11遺伝子によってコード化されているタンパク質である。Spo11はmTopVIBと複合体を形成し、減数分裂組換えを開始するために二本鎖切断を起こす。[5] [6]その活性部位にはチロシンが含まれており、これがDNAと結合したり解離したりして切断形成を促進する。DNA鎖1本につき1つのSpo11タンパク質が関与するため、二本鎖切断イベント1回につき2つのSpo11タンパク質が関与している。
相同組換えによる 2 つの DNA 分子間の遺伝子交換は、DNA の両鎖の切断 (二重鎖切断と呼ばれる) から始まることがあり、組換えは、交換された DNA を「受け取る」 DNA 分子を切断するエンドヌクレアーゼ酵素によって開始されます。減数分裂では、この酵素は DNAトポイソメラーゼに関連する SPO11 です。トポイソメラーゼは、片方または両方の鎖を一時的に切断し、切断されていない DNA 鎖を切断部に通して切断部を修復することで DNA を変更します。切断された DNA の末端はトポイソメラーゼに共有結合します。SPO11 は、減数分裂中に二重鎖切断が形成されるときにも同様に DNA に結合します。[7]
減数分裂組換え
SPO11 は減数分裂組換えの開始において主要な役割を果たすと考えられています。ただし、組換えは SPO11 に依存しない代替メカニズムによっても発生する可能性があり、これはspo11変異体を使用して実験的に研究できます。
出芽酵母サッカロミセス・セレビシエでは、 spo11変異体の組換えと染色体分離における減数分裂の欠陥がX線照射によって軽減されます。[8] この発見は、X線誘発DNA損傷が交差組換えを開始し、SPO11とは無関係に適切な分離につながることを示しています。
線虫Caenorhabditis elegansでは、減数分裂組換えの開始にspo11の相同遺伝子が通常利用される。しかし、放射線誘発切断によっても、このspo11相同遺伝子が欠失した変異体で組換えが開始される可能性がある。[9]
シトシンの脱アミノ化による dU:dG ミスマッチは、複製しない DNA における最も一般的な一塩基変異の 1 つです。 分裂酵母Schizosaccharomyces pombeおよびC. elegansのSpo11変異体は、DNA に dU:dG 病変が生じると、減数分裂交差組換えと適切な染色体分離を起こします。[10] この交差組換えでは、多数の二本鎖切断は形成されませんが、DNA ホスホジエステル骨格からウラシルを除去して塩基除去修復を開始する酵素であるウラシル DNA グリコシラーゼが必要です。したがって、ウラシル塩基、脱塩基部位、または一本鎖切断などの DNA 損傷の塩基除去修復は、 S. pombeおよびC. elegansにおける減数分裂交差組換えを開始するのに十分であると提案されました。[10]
S. pombeでは、 spo11ホモログRec12に欠陥のある変異体は減数分裂組換えが欠損している。しかし、岡崎断片処理に関与するエンドヌクレアーゼをコードする遺伝子rad2を欠失させることで、組換えをほぼ正常レベルまで回復させることができる (Farah et al., 2005)。交差組換えと非交差組換えの両方が増加したが、二本鎖切断は検出されなかった。rad2 欠失の生化学的特性に基づいて、岡崎断片処理が欠損している場合、減数分裂前 DNA 複製中に蓄積する切り込みやギャップなど、二本鎖切断以外の DNA 損傷によって減数分裂組換えが開始される可能性があると提案された。[11]
上記の発見は、さまざまな原因で生じた DNA 損傷が減数分裂組換えによって修復され、そのようなプロセスが SPO11 とは独立して発生する可能性があることを示しています。
一部の有性生殖種では存在しない
社会性アメーバであるDictyostelium 属、Polysphondylium 属、Acytostelium属の最も最近の共通祖先は、Spo11遺伝子を欠いていたようである。 [12] [13] そのような祖先は、おそらく数億年前に生息していた。[14] Dictyostelium discoideumとPolysphondylium pallidum は、どちらも減数分裂による 有性生殖が可能である（D. discoideum の有性生殖およびP. pallidum の有性生殖を参照）。 Bloomfield [12]は、土壌中の休眠細胞は、乾燥や放射線など、自然発生的なDNA 損傷を引き起こす可能性のある多くの種類のストレスにさらされている可能性があると推測した。そのような損傷により、減数分裂中の組み換えの開始には Spo11 による二本鎖切断の誘導は不要になり、このグループに Spo11 が存在しないことが説明される。
参考文献
- ^ abc GRCh38: Ensembl リリース 89: ENSG00000054796 – Ensembl、2017 年 5 月
- ^ abc GRCm38: Ensembl リリース 89: ENSMUSG00000005883 – Ensembl、2017 年 5 月
- ^ 「Human PubMed Reference:」。国立生物工学情報センター、米国国立医学図書館。
- ^ 「マウス PubMed リファレンス:」。国立生物工学情報センター、米国国立医学図書館。
- ^ Vrielynck N, Chambon A, Vezon D, Pereira L, Chelysheva L, De Muyt A, et al. (2016年2月). 「DNAトポイソメラーゼVI様複合体が減数分裂組換えを開始」. Science . 351 (6276): 939–43. Bibcode :2016Sci...351..939V. doi :10.1126/science.aad5196. PMID 26917763. S2CID 206643600.
- ^ Robert T、Nore A、Brun C、Maffre C、Crimi B、Bourbon HM、de Massy B (2016 年 2 月)。「TopoVIB 様タンパク質ファミリーは減数分裂 DNA 二本鎖切断形成に必要」。Science。351 ( 6276 ) : 943–9。Bibcode : 2016Sci ...351..943R。doi : 10.1126/science.aad5309。PMID 26917764。S2CID 9445593 。
- ^ ルーウィンの遺伝子X（第10版）。ジョーンズ・アンド・バートレット出版社、2011年。353〜354頁。ISBN 978-0-7637-7992-4。
- ^ Thorne LW 、 Byers B (1993年5月)。「酵母減数分裂におけるX線照射の段階別影響」。遺伝学。134 (1):29–42。doi :10.1093/ genetics /134.1.29。PMC 1205431。PMID 8514137。
- ^ Dernburg AF、McDonald K、Moulder G、Barstead R、Dresser M、Villeneuve AM (1998 年 8 月)。「C. elegans の減数分裂組換えは保存されたメカニズムによって開始され、相同染色体シナプシスには不要である」。Cell。94 ( 3 ) : 387–98。doi : 10.1016 /s0092-8674(00) 81481-6。PMID 9708740。S2CID 10198891 。
- ^ ab Pauklin S, Burkert JS, Martin J, Osman F, Weller S, Boulton SJ, et al. (2009年5月). 「DNAデアミナーゼの単一塩基損傷による減数分裂組換えの代替誘導」. Genetics . 182 (1): 41–54. doi :10.1534/genetics.109.101683. PMC 2674839. PMID 19237686 .
- ^ Farah JA、Cromie G、Davis L 、 Steiner WW、Smith GR (2005 年 12 月)。「DNA フラップエンドヌクレアーゼの不在下での分裂酵母減数分裂組換えの代替経路 rec12 (spo11) 非依存の活性化」。遺伝学。171 (4): 1499–511。doi : 10.1534 / genetics.105.046821。PMC 1456079。PMID 16118186。
- ^ ab Bloomfield G (2016年6月). 「非定型倍数性周期、Spo11、および減数分裂の進化」.細胞および発生生物学セミナー. 54 : 158–64. doi :10.1016/j.semcdb.2016.01.026. PMID 26811992.
- ^ Malik SB、Pightling AW、Stefaniak LM 、 Schurko AM、Logsdon JM (2007 年 8 月)。「保存された減数分裂遺伝子の拡張されたインベントリは、トリコモナス膣炎の性別の証拠を提供します」。PLOS ONE。3 ( 8 ) : e2879。doi : 10.1371 / journal.pone.0002879。PMC 2488364。PMID 18663385。
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