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DNA双链断裂(DNA double-strand breaks,DSBs)是最为严重的DNA损伤形式之一。为了有效应对DSBs,细胞进化出两条经典的修复途径:同源重组(Homologous recombination,HR)以及非同源末端连接(Non-homologous end joining,NHEJ)。HR修复途径需要以同源序列作为模板来进行精准的修复,NHEJ修复途径则是直接将断裂的DNA末端相连接但是错误率较高。体细胞中,一旦发生DNA双链断裂,MRE11-RAD50-NBS1(MRN)复合体就会被召募到DSB位点,利用MRE11具有的核酸内切酶及3’-5’的外切酶活性在DSB的3’末端形成单链。接着在RPA2、RAD51的依次作用下,3’端DNA单链入侵到模板链中寻找同源序列,完成HR修复。因此,MRN复合体介导的DSB末端切除成为细胞选择HR修复途径的先决条件。在小鼠精母细胞减数分裂前期,SPO11蛋白产生了大量的程序性的内源DSBs,且这些DSBs仅由HR途径修复以促进同源染色体间的交叉互换并严格维持生殖细胞的基因组稳定性。有趣的是,所有减数分裂前期产生的DSBs的5’末端都会与SPO11共价相连,形成特殊的SPO11连接的DSBs。目前针对MRN复合体的同源物在低等生物减数分裂前期DSB修复中的作用已经有了相应的研究,但在哺乳动物中MRN复合体如何参与SPO11连接的DSBs的修复仍是不清楚的。在本项研究中,我们运用了Vasa-Cre、Stra8-GFPCre、Blimp1-Cre三种工具鼠特异地在小鼠生殖细胞中敲除Nbs1,我们发现在雄性小鼠中MRN复合体对于修复减数分裂前期形成的SPO11连接的DSBs是至关重要的。在NBS1缺失的精母细胞中,SPO11连接的DSBs的末端切除效率显著下降,HR修复发生明显缺陷。NBS1缺失严重破坏了减数分裂前期同源染色体之间的联会。NBS1敲除的精母细胞产生了异常的染色体结构,最终导致雄鼠减数分裂偶线期停滞和不育。体细胞中,NBS1募集到DSB位点受MDC1调控且NBS1还参与了ATM的激活。但是在精母细胞中,我们发现NBS1募集到SPO11连接的DSB位点并不依赖于MDC1而是依赖于NBS1-FHA结构域与某一未知磷酸化蛋白的结合。另外,我们还发现在NBS1敲除的精母细胞中ATM的激活是不受影响的,这与体细胞中的DNA损伤修复通路也是不一致的。因此,该项研究提示我们在精母细胞中可能存在一条与体细胞不一样的DSB修复途径。此外,我们还运用Vasa-Cre工具鼠在小鼠生殖细胞中特异性敲除了Mre11,我们发现MRE11敲除的小鼠睾丸中精原干细胞大量缺失并导致雄性不育。与生殖细胞NBS1敲除的小鼠相比,我们认为MRE11不仅参与了精母细胞减数分裂前期SPO11连接的DSBs的修复过程,还参与了精原干细胞的发育分化过程。综上所述,我们的研究不仅揭示了MRN复合体在小鼠减数分裂前期修复SPO11连接的DSBs的功能和意义,而且发现了MRE11与NBS1在小鼠精原干细胞发育阶段发挥了不同的生物学功能。更重要的是我们发现在小鼠减数分裂过程中可能存在一条异于体细胞的DSB修复机制,这为研究其他DNA损伤修复蛋白在哺乳动物减数分裂过程中的作用提供了一定的理论基础。