Punctul de control al recombinarii meiotice monitorizează recombinarea meiotică în timpul meiozei și blochează intrarea în metafaza I dacă recombinarea nu este gestionată eficient.
Reglarea ciclului celular al meiozei se desfășoară în mod similar cu reglarea mitozei . Ca și în ciclul mitotic, aceste tranziții sunt reglate de combinații de diverși factori de reglare a genelor, complexul ciclină-Cdk și complexul de promovare a anafazei (APC) [1] . Prima tranziție reglatoare majoră are loc la sfârșitul lui G1 , când începutul ciclului meiotic este activat de Ime1 în loc de Cln3/Cdk1 în mitoză. A doua tranziție majoră are loc la intrarea în metafaza I. Scopul principal al acestui pas este de a se asigura că replicarea ADN-ului s-a încheiat fără erori, astfel încât corpurile polilor fusului să se poată separa. Acest eveniment este declanșat de activarea M-Cdk în profaza I târzie. Punctul de control al ansamblului fusului explorează apoi atașarea microtubulilor la kinetocori , urmată de inițierea metafazei I de către APC Cdc20 . Separarea specifică a cromozomilor în meioză, separarea cromozomilor omologi în meioza I și separarea cromatidelor în meioza II necesită o tensiune specifică între cromatidele omoloage și cromatidele neomogene pentru a diferenția atașarea microtubulilor și depind de ruperea și repararea ADN-ului dublu catenar (DSB) programată. în profaza I. Prin urmare, punctul de control al recombinarii meiotice poate fi un fel de răspuns la deteriorarea ADN-ului la un anumit moment în timp. Pe de altă parte, punctul de control al recombinării meiotice asigură, de asemenea, că recombinarea meiotică are loc de fapt în fiecare pereche de omologi.
Debutul brusc al M-Cdk în profaza I târzie depinde de o buclă de feedback pozitiv de reglare transcripțională constând din Ime2, Ndt80 și complexul Cdk/ciclină. Cu toate acestea, activarea M-Cdk este controlată de comutatorul comun de fosforilare Wee1 / Cdc25 . Activitatea Wee1 este ridicată în profaza I timpurie și acumularea de Cdc25 activează M-Cdk prin fosforilare directă și marcarea Wee1 pentru degradare. Recombinarea meiotică poate începe cu o rupere dublu-catenar, fie indusă de Spo11 [2] , fie de alte cauze endogene sau exogene de deteriorare a ADN-ului. Aceste rupturi de ADN trebuie reparate înainte de metafaza I, iar aceste DSB-uri trebuie reparate înainte de metafaza I. Celulele controlează aceste DSB-uri prin calea ATM , în care Cdc25 este reglat în jos atunci când este detectată deteriorarea DSB. Această cale este analogă cu răspunsul clasic la deteriorarea ADN-ului și este partea pe care o cunoaștem cel mai bine la punctul de control al recombinarii meiotice.
O cale independentă de DSB a fost descoperită atunci când oamenii au studiat celulele mutante spo11 la unele specii și au descoperit că aceste celule Spo11 nu pot procesa la metafaza I chiar și în absența DSB [3] . Scopul direct al acestor DSB este de a ajuta la condensarea cromozomilor. Deși legarea inițială a omologilor în leptotenul timpuriu este pur și simplu interacțiuni aleatorii, progresia ulterioară în alinierea presinaptică depinde de formarea de ruperi dublu catenar și de complexe de transfer monocatenar [1] [4] . Prin urmare, cromozomii non-synapzați din celulele Spo11 pot fi ținta punctului de control. S- a descoperit că AAA-adenozin trifosfataza (AAA-ATPaza) joacă un rol important în această cale [5] , dar mecanismul nu este încă clar. Unele alte studii au atras, de asemenea, atenția asupra formării corpurilor sexuale, iar semnalizarea ar putea fi fie o reglare structurală, fie transcripțională, cum ar fi inactivarea meiotică a cromozomilor sexuali [6] [7] . În această cascadă, întreruperea sinapselor va menține expresia genelor din cromozomii sexuali, iar anumite alimente pot inhiba progresia ciclului celular. Inactivarea cromozomului sexual meiotic are loc numai la bărbați, ceea ce poate fi parțial motivul pentru care doar spermatocitele mutante Spo11, dar nu și ovocitele, nu reușesc să tranziteze de la profaza I la metafaza I [3] [8] . Cu toate acestea, asinapsia are loc nu numai în interiorul cromozomilor sexuali, iar o astfel de reglare transcripțională a fost suspendată până când s-a răspândit la toți cromozomii sub formă de tăcere meiotică a cromatinei nesinapsite [9] , dar gena efectoare nu a fost încă descoperită.
Rolul central în meioza CHEK1 și CHEK2 uman și murin și ortologii lor în Saccharomyces cerevisiae , Caenorhabditis elegans , Schizosaccharomyces pombe și Drosophila a fost revizuit de MacQueen și Hochwagen [10] și Subramanian și Hochwagen [11] . În timpul recombinării meiotice la oameni și șoareci, protein kinaza CHEK1 este importantă pentru integrarea reparației daunelor ADN cu oprirea ciclului celular [12] . CHEK1 este exprimat în testicul și este asociat cu complexe meiotice sinaptonemale în stadiile de zigonem și pahinem [12] . CHEK1 acționează probabil ca un integrator al semnalelor ATM și ATR și în monitorizarea recombinării meiotice [12] . În ovocitele de șoarece , CHEK1 pare a fi necesar pentru oprirea profasei I și pentru funcționarea la punctul de control G2/M [13] .
CHEK2 reglează cursul ciclului celular și al ansamblului fusului în timpul maturării ovocitelor de șoarece și al dezvoltării embrionare timpurii [14] . Deși CHEK2 este un efector de kinazei ATM din aval care răspunde în primul rând la rupturile duble-catenari, poate fi activat și de ATR kinaza (ataxie-telangiectazie și Rad3), care răspunde în primul rând la rupturile monocatenare. La șoareci, CHEK2 este necesar pentru a monitoriza deteriorarea ADN-ului în meioza feminină . Răspunsul ovocitelor la leziunea de rupere a ADN-ului dublu catenar implică o ierarhie a căilor în care ATR kinaza transmite semnalul CHEK2, care apoi activează proteinele p53 și p63 [15] .
La musca de fructe Drosophila, iradierea celulelor liniei germinale induce rupturi duble catene care duc la oprirea ciclului celular si apoptoza . Ortologul Drosophila mnk CHEK2 și ortologul p53 dp53 sunt necesare pentru o mare parte a morții celulare observate în oogeneza timpurie , când au loc selecția ovocitelor și recombinarea meiotică [16] .
Ndt80 este un factor de transcripție specific meiozei necesar pentru finalizarea cu succes a meiozei și formării sporilor [17] . Proteina recunoaște și se leagă de elementul de sporulare mijlociu (MSE) 5’-C[AG]CAAA[AT]-3’ din regiunea promotoare a genelor specifice stadiului care sunt necesare pentru meioză și sporulare [17] [18] [ 19] . Domeniul de legare la ADN al Ndt80 a fost izolat, iar structura sa arată că această proteină este un membru al familiei de factori de transcripție Ig-fold [20] . Ndt80 concurează, de asemenea, cu represorul SUM1 pentru legarea la promotorii care conțin MSE [21] .
Când mutația inactivează Ndt80 în drojdia în devenire, celulele meiotice prezintă o întârziere lungă în pachitenul târziu, a treia etapă a profaza [22] . Celulele prezintă complexe sinaptonemale intacte, dar în cele din urmă se opresc la stadiul de cromatina difuză după pachiten. Această oprire mediată de puncte de control previne evenimentele ulterioare până când evenimentele anterioare au fost finalizate cu succes și previne greșirea segregației cromozomilor [23] [24] .
NDt80 este esențial pentru finalizarea profazei și intrarea în meioza 1, deoarece stimulează expresia unui număr mare de gene de la mijlocul meiozei. Ndt80 este reglat prin mecanisme transcripționale și post-translaționale (adică fosforilarea).
Interacțiune cu Clb1Ndt80 stimulează expresia ciclinei de tip B Clb-1, care interacționează puternic cu Cdk1 în timpul diviziunilor meiotice [25] . Complecșii activi de Clb-1 cu Cdk1 joacă un rol important în declanșarea evenimentelor primei diviziuni meiotice, iar activitatea lor este limitată la meioza 1 [26] .
Interacțiune cu Ime2Ndt80 stimulează expresia în sine și expresia proteinei kinazei Ime2, care la rândul lor stimulează în continuare Ndt80. Această cantitate crescută de proteină Ndt80 îmbunătățește și mai mult transcrierea genelor țintă [24] . La începutul meiozei 1, activitatea Ime2 crește și este necesară pentru acumularea și activitatea normală a Ndt80. Cu toate acestea, dacă Ndt80 este exprimat prematur, se va acumula inițial în forma sa nemodificată. Ime2 poate acționa apoi ca o kinază specifică meiozei care fosforilează Ndt80, rezultând un Ndt80 complet activat [27] .
Expresia plkNdt80 stimulează expresia genei care codifică kinaza asemănătoare sexului, Plk. Această proteină este activată în pachitenul târziu și este necesară pentru formarea încrucișării și pierderea parțială a coeziunii brațului cromozomului. Plk este, de asemenea, necesar și suficient pentru a declanșa ieșirea din pachypoints [28] [29] .
Modelul de recombinarePunctul de control al recombinării meiotice funcționează ca răspuns la defectele recombinării meiotice și ale sinapsei cromozomiale, împiedicând potențial celulele să intre în diviziunile meiotice [30] . Deoarece recombinarea este inițiată de rupturi dublu-catenar (DSB) în anumite regiuni ale genomului, intrarea în meioza 1 trebuie întârziată până când DSB-urile au fost reparate [31] . Kinaza specifică meiozei Mek1 joacă un rol important în acest sens, iar recent s-a descoperit că Mek1 este capabil să fosforileze Ndt80 independent de IME2. Această fosforilare, totuși, este inhibitorie și împiedică legarea Ndt80 la MSE în prezența DSB [32] .
Incompatibilitatea heterocarionă (HI) a fost comparată cu sistemul imunitar fungic [33] ; acesta este un mecanism de non-auto-recunoaștere care este omniprezent printre reprezentanții filamentoși ai phylum-ului Asomycota din regnul Fungi [34] . Vib-1 este un omolog al Ndt80 în Neurospora crassa și este necesar pentru HI la această specie. S-a descoperit că mutațiile la locusul vib1 suprimă recunoașterea străină, iar VIB-1 este necesar pentru producerea de efectori în aval legați de HI, cum ar fi proteazele extracelulare [35] [36] .
Dezvoltarea sexuală femininăStudiile au arătat că omologii Ndt80 joacă, de asemenea, un rol în dezvoltarea sexuală feminină la speciile de ciuperci, altele decât Saccharomyces cerevisiae , mai studiat pe scară largă [35] [37] . S-a descoperit că mutațiile în vib-1 afectează momentul și dezvoltarea structurilor reproductive feminine înainte de fertilizare [37] .
Deși domeniul de legare la ADN al Ndt80 se găsește în mod obișnuit în drojdii și alte ciuperci, este omologul unui număr de proteine eucariote superioare, iar reziduurile utilizate pentru legare sunt foarte conservate. La om, omologul Ndt80 C11orf9 este foarte exprimat în celulele tumorale invazive sau metastatice, sugerând utilizarea potențială ca moleculă țintă în terapia cancerului [38] . Cu toate acestea, în ultimii ani s-au înregistrat puține progrese în această direcție.
| ciclul celulei | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| faze |
| ||||||||||
| Regulatoare |
| ||||||||||