陆林宇/刘一丹团队合作研究发现染色体联会检查点的异常激活触发卵母细胞消除

染色体联会是减数分裂重组所必需的进化保守过程。HORMAD1和HORMAD2通过定位于未联会的染色体轴来监测染色体联会，通过TRIP13从突触染色体轴中去除，尽管这个过程的生物学意义尚不清楚。

2025年3月6日，浙江大学转化医学研究院陆林宇、刘一丹共同通讯在Nature Communications上在线发表题为“Aberrant activation of chromosome asynapsis checkpoint triggers oocyte elimination”的研究论文。研究表明，当HORMAD1和HORMAD2保留在联会染色体轴上时，它们会募集BRCA1，激活染色体突触检查点，并触发卵母细胞消除。

出乎意料的是，N末端标记在联会染色体轴上保留了HORMAD1和HORMAD2，而不会由于BRCA1募集缺陷而触发卵母细胞消除。机制上，HORMAD1很容易与BRCA1共免疫沉淀，不是通过经典闭合基序结合模式，而是通过其N末端附近HORMA结构域上的界面。HORMAD2与BRCA1的免疫共沉淀较弱，但也调节其募集。总的来说，TRIP13依赖性地从联会染色体轴上去除HORMAD1和HORMAD2对于女性生育能力至关重要，可防止异常的染色体联会检查点激活和意外的卵母细胞消除。

与减数分裂前期程序化DNA双链断裂（DSB）的产生一起，联会发生在同源染色体之间，同源染色体用作通过同源重组修复DSB的模板。这个过程被称为减数分裂重组，对于在同源染色体之间产生专叉至关重要，这对于第一次减数分裂期间的适当染色体分离至关重要。未修复的DSB和染色体联会在重组缺陷型减数分裂细胞中积累，如果减数分裂持续，则会严重威胁基因组完整性。因此，减数分裂重组受到检查点的严密监控，检查点触发重组缺陷减数细胞的消除。

在女性中，有重组缺陷的卵母细胞在出生后不久就会在建立原始卵泡池之前被清除，但卵母细胞减数分裂重组检查点的机制尚不完全清楚。未修复的DSB被认为是消除重组缺陷卵母细胞的主要触发因素，这些卵母细胞激活CHK2依赖性DNA损伤检查点以促进卵母细胞凋亡。CHK2或下游凋亡蛋白的缺陷可挽救重组缺陷卵母细胞。除了未修复的DSB外，染色体联会也存在于重组缺陷型卵母细胞中。最近研究表明，BRCA1依赖性染色体联会检查点在消除重组缺陷卵母细胞中起主要作用。Brca1^−/−比Chk2^−/−更有效地挽救Dmc1^−/−卵母细胞的存活。虽然BRCA1定位于体细胞中的DSB，但它以不依赖于DSB的方式定位于未联会的染色体轴。BRCA1促进未联会染色体轴上的ATR活性，可能对染色体联会检查点激活至关重要。这个检查点是如何被染色体失序激活的仍然是难以捉摸的。

HORMAD1和HORMAD2是两种具有HORMA结构域的减数分裂蛋白，特异性定位于未联会的染色体轴，通过监测染色体联会，可能是染色体联会检查点的最上游调节因子。然而，HORMAD1如何以及是否HORMAD2调节卵母细胞中BRCA1依赖性染色体联会检查点仍然难以捉摸。特别是，由于HORMAD1还促进DSB的形成和HORMAD1，HORMAD2抑制姐妹细胞间染色单体重组，目前尚不清楚HORMAD1和HORMAD2是否直接激活染色体联会检查点。

染色体联会完成后，TRIP13从联会的染色体轴上去除HORMAD1和HORMAD2，TRIP13与HORMAD1和HORMAD2的N端接合，并将其HORMA结构域从“闭合”变为“开放”构象，以将它们从染色体轴上的伴侣蛋白中释放出来。然而，TRIP13依赖性从联会染色体轴上去除HORMAD1和HORMAD2的生物学意义尚不清楚。

正如预期的那样，HORMAD1和HORMAD2保留在Trip13突变小鼠的联会染色体轴上。雌性Trip13突变小鼠由于出生后不久卵母细胞快速消除而不育，但尚未检查HORMAD1和HORMAD2对联会染色体轴上消除Trip13突变卵母细胞的贡献。有趣的是，Trip13突变小鼠也因未知原因存在DSB修复缺陷。在Trip13中^Gt/Gt小鼠是Trip13亚型等位基因的纯合子，则存在DSB修复缺陷但不存在染色体突触缺陷，并且在Trip13之前观察到γH2AX信号Gt/Gt卵母细胞被消除。结合观察到Chk2^−/−可以挽救Trip13Gt/Gt卵母细胞的存活，研究认为Trip13^Gt/Gt卵母细胞被Chk2依赖性DNA损伤检查点所消除。与Chk2^−/−类似，Hormad2^−/−也能挽救Trip13^Gt/Gt卵母细胞的存活。利用RAD51作为DSB的标记物，研究表明，在Trip13^Gt/Gt的卵母细胞中，Hormad2^−/−解除了对姐妹染色单体重组的抑制，从而修复了DSB，并且DNA损伤检查点没有被激活。然而，最近的一项研究挑战了这一观点，该研究表明RAD51不是DSB的合适制造商，这表明Hormad2^−/−可能通过其他机制挽救Trip13^Gt/Gt卵母细胞的存活。

在这项研究中，研究了突触染色体轴上的HORMAD1和HORMAD2在独立于DNA损伤检查点消除Trip13^−/−卵母细胞中的潜在直接作用。研究生成Trip13^−/−小鼠并显示DSB修复延迟，但在Trip13^−/−卵母细胞被消除之前就完成了修复，这表明Trip13^−/−卵母细胞并没有被DNA损伤检查点消除。相反，HORMAD1和HORMAD2将BRCA1招募到联会染色体轴上，通过激活染色体联会检查点促进Trip13^−/−卵母细胞的消除。因此，需要Trip13依赖性地去除联会染色体轴上的HORMAD1和HORMAD2，以防止触发卵母细胞消除的染色体联会检查点的异常激活。此外，研究揭示了HORMAD1通过其HORMA结构域上可能被N端标记阻断的独特界面与BRCA1共同免疫沉淀，这为BRCA1依赖性染色体联会检查点如何在Trip13^−/−卵母细胞中被激活提供了机制见解。

图1 工作模型（摘自Nature Communications）

文章来源：iNATURE