При мейозе топоизомераза Spo11 вырезает короткие фрагменты ДНК

Топоизомераза Spo11 при мейозе вносит двухцепочечные разрывы в ДНК и тем самым инициирует гомологичную рекомбинацию. Авторы новой работы, опубликованной в Nature, описали механизм работы Spo11.

Работа была выполнена на дрожжах с использованием различных техник секвенирования. Spo11 после внесения разрыва остается связанной с концом ДНК, поэтому ученые выделяли фрагменты ДНК, несущие Spo11 на обоих концах. Они показали, что топоизомераза индуцирует парные разрывы, в результате которых образуются фрагменты двухцепочечной ДНК длиной от 34 до нескольких сотен пар оснований. Частота разрывов была в 38 раз выше, чем полученная в модели с их случайным распределением. Разрывы составляли примерно 20% от всех событий инициации рекомбинации.

Длина образующихся фрагментов периодична, и основная часть фрагментов отличается друг от друга на число пар оснований, которое соответствует одному обороту спирали ДНК. Скорее всего, молекулы топоизомеразы действуют сообща по двум сайтам, подходя к ДНК с одной стороны.

Так как длина фрагментов кратна числу пар оснований, соответствующих витку частично раскрученной ДНК, похоже, что топоизомераза Spo11 предпочитает участки активно транскрибируемой ДНК. Кроме этого, Spo11 предпочитает те участки ДНК, где она может быть изогнута.

Вырезание фрагментов из ДНК — рискованный процесс для клетки. С другой стороны, он обеспечивает вариативность генома. Возможны как делеции, так и вставки вырезанного фрагмента в другую позицию ДНК. И делеции, и вставки при мейозе были ранее обнаружены у мышей. В предпочтении топоизомеразой активных участков ДНК также может быть определенный смысл, так как именно там располагается большое число регуляторных элементов. Руководитель исследования Франц Кляйн, заведующий отделением биологии хромосом в Max Perutz Labs (Вена), предполагает, что такой процесс переноса фрагментов ДНК может быть эволюционно значимым для распространения регуляторных элементов по геному.