Understanding the molecular mechanism regulating programmed DNA double strand breaks during meiotic prophase

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K06486
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 43010:Molecular biology-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Sato Aya 京都大学, 生命科学研究科, 特別研究員(RPD) (40595112)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 減数分裂 / 染色体 / 交叉 / 線虫

Outline of Final Research Achievements

In order to separate chromosomes in two consecutive steps in meiosis, crossovers need to be established between homologous chromosomes during meiotic prophase. To this end, DNA cutting enzyme SPO-11 is expressed and generates double strand breaks in meiocytes. In this study, using C. elegans as a model organism, we showed that PP4 protein phosphatase and ATR kinase adjust the activity of DSB-1, a regulator of SPO-11 and thus maintain sufficient but not excess levels of DNA double strand breaks. This work was published in the journal eLife in 2022.

Free Research Field

細胞生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

精子と卵子を正常につくるためには、減数分裂において正確に染色体が分配される必要がある。減数第一分裂において染色体を双極に分離するためには、相同染色体間に交叉と呼ばれDNAの組み換え構造が作られている必要がある。この組み換え構造は、DNA二重鎖を酵素により切断し、それを母方と父方染色体間で繋ぎかえることにより作られるが、この時、DNA二重鎖切断の量を制御するメカニズムは謎のままであった。我々は、DNA切断酵素を補助するDSB-1と呼ばれるタンパク質の活性が、ATRとPP4と呼ばれる拮抗する二つの酵素の働きによりバランスよく保たれており、それが適切な量のDNA二重鎖を作ることを示した。