5 - Meiosi (2014)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Genética - 2º curso
Asignatura citogenetica
Año del apunte 2014
Páginas 21
Fecha de subida 05/11/2014 (Actualizado: 04/09/2015)
Descargas 9
Subido por

Vista previa del texto

CITOGENÈTICA PARCIAL 1 TEMA 5 – Divisió cel·lular meiótica ASPECTES GENERALS 13/10/14 MEIOSI vs MITOSI FUNCIÓ - Mantenir la ploïdia (n+n=2n).
Incrementar la variabilitat genètica gràcies tant a la recombinació (intercanvi recíproc de material) com a l’aparellament a l’atzar dels cromosomes homòlegs. Només en el repartiment independent dels cromosomes homòlegs en la primera part de la meiosi, ens dóna en el cas humà 223 possibilitats.
23 6 Humans (n=23) 2 = 8,4·10 20 6 Ratolí (n=20) 2 = 1·10 59 CITOGENÈTICA PARCIAL 1 FASES I DURADA És en la primera divisió meiòtica que es passa de cèl·lula diploide a haploide.
ESDEVENIMENTS CROMOSÒMICS CANVIS EN LA MORFOLOGIA I ESTRUCTURA DELS CROMOSOMES COHESINES I CONDENSINES En tots els casos de proteïnes que formen les condensines i cohesines, s’han trobat anàlegs.
Per exemple, Scc1, que forma part de les condensines de llevat, en el model meiòtic equival a R8.
60 CITOGENÈTICA PARCIAL 1 RECOMBINACIÓ MEIÒTICA MECANISME GENERAL En l’esquema tenim només la meitat dels cromosomes (a l’inici tenim cèl·lules diploides amb dues cromàtides per cromosoma – tenim 4 cromàtides= 4 molècules de DNA = 1 cromosoma).
Iniciem el procés amb l’aparellament de cromosomes homòlegs. Tenim nuclis que estan fent la transició de G2 premeiòtic a inici de profase I (nucli d’arquitectura interfàsica que inicia un procés de divisió). Per tant els homòlegs s’han de reconèixer. Es tracta d’un procés força desconegut en relació a les forces que ho determinen. Hi ha dades que demostren que té a veure amb la territorialitat cromosòmica i que també participa l’embolcall nuclear.
Un cop s’ha produït l’aparellament, s’inicia la recombinació. Les etapes són les següents: - - El 1r punt són els trencaments de doble cadena, que es produeixen per un enzim anomenat Spo11. Un cop s’ha produït el trencament de doble cadena, l’enzim Mre11 genera dos extrems 3’ OHs (grup –OH lliure) protuberants (s’uneix a l’extrem i actua com una exonucleasa, treu nucleòtids i sempre en sentit 5’3’).
El 2n punt consisteix en que un dels 2 extrems generats fa una recerca d’homologia – “busca” quina és la seqüència de nucleòtids homòloga a la cadena. Aquesta recerca d’homologia es produeix per la participació d’enzims que catalitzen aquesta funció. Aquests enzims en procariotes s’anomenen RecA. En eucariotes, en tenim dos: Rad51 i DMC1. El primer és l’enzim que es pensava que era la molècula efectora d’aquesta sinapsi, però les dades més recents apunten que la molècula principal és DMC1. Sembla ser, tot i això, que actuen de forma coordinada. Com actuen? Rad51/DMC1 formen part del complex de cohesines meiòtiques. A més, són complexes proteics que tenen diferents llocs d’unió. Tenen un lloc d’unió que s’uneix específicament a una molècula de DNA en forma de monocadena – s’uneixen a l’extrem 3’OH protuberant. Un altre lloc d’unió permet unir-se a una seqüència de DNA de doble cadena. Un cop catalitzada la unió a DNA en forma de monocadena i de doble cadena, fan una recerca d’homologia – tenen la capacitat de revisar la seqüència de nucleòtids buscant complementarietat.
61 CITOGENÈTICA PARCIAL 1 Si troben alguna complementarietat, formen una estructura inestable formada per 3 monocadenes – hi ha una etapa transitòria on el DNA està format per 3 monocadenes.
Aquesta estructura és altament inestable i ràpidament és retornada a una situació on es forma una monocadena i una doble cadena, però el DNA de sortida és diferent del d’entrada – la doble cadena obtinguda és híbrida, hi ha hagut recombinació. Aquest procés és el que s’anomena sinapsi – des del punt de vista molecular, és l’activitat que realitzen aquestes proteïnes; estan vinculades als processos de sinapsi i de formació de l’heterodúplex, ja que permeten que una molècula de DNA de cadena senzilla s’aparelli amb una regió homòloga de doble cadena (reconeixement d’homologia).
15/10/14 Un cop s’ha donat la recombinació, es dóna la síntesi de DNA que va seguida de la unió d’extrems (extrems en verd) tot formant un intermediari format per dues unions Holliday – es donen 2 llocs d’intercanvi, i cadascun dels creuaments de cadena s’anomenen estructura Holliday. Per tant, per cada trencament de DNA, es formen dues estructures Holliday.
Aquestes estructures es poden resoldre de dues formes diferents, i cada un donarà lloc a una estructura Holliday.
MECANISME: Els dos braços interns s’estan creuant. Les unions Holliday es processen a través d’un complex del qual es coneixen els components i que s’anomenen resolvases. Les resolvases poden resoldre les unions Holliday de dues formes diferents.
62 CITOGENÈTICA PARCIAL 1 ESQUERRA. Resolució horitzontal – les resolvases trenquen a nivell de les fletxes blaves la monocadena taronja i la monocadena vermella que estan creuades i uneixen els extrems de manera que es forma una monocadena requadrada en vermell i groc en la següent imatge.
D’aquesta manera, obtenim 2 molècules de DNA (2 cromàtides) les quals comencen i acaben en els dos extrems amb el mateix color. Però, per definició, una cromàtide recombinant és aquella que: * És a dir, que en aquest cas no estem parlant estrictament de cromàtides recombinants – hi ha hagut recombinació però d’un segment intersticial, ja que les cromàtides comencen i acaben en el mateix color.
DRETA. Resolució vertical – cal que les dues unions Holliday es resolguin de forma diferent si volem obtenir cromàtides recombinants. Per tant, trobem un procés de resolució alternatiu.
Aquí també tenim les dues cadenes internes entrecreuades però només es donarà realment l’encreuament on les fletxes estan horitzontals. On les fletxes estan verticals, trobem les monocadenes que es trenquen i intercanvien segments, que són les externes. D’aquesta manera es formen cromàtides que comencen en vermell i acaben en taronja i viceversa. Per tant, aquí sí que trobem recombinació de cromàtides i això que s’anomena resolució diferencial de les unions Holliday – és el fenomen característic de la recombinació meiòtica.
63 CITOGENÈTICA PARCIAL 1 Com es produeix això? Hem de parlar d’isomertizacions. Una isomerització és un canvi conformacional d’una molècula.
Perquè es doni en vertical, cal que l’estructura de Holliday de la dreta pateixi 2 canvis conformacionals – les dues monocadenes que inicialment no es creuen s’han d’acabar creuant, i les que es creuen acaben no creuant-se. Això s’aconsegueix amb dues isomeritzacions consecutives.
Inicialment, tenim les dues internes creuades i les dues externes no creuades. En primer lloc girem 180º la part de la dreta per tal que s’obri la part central. Seguidament hi ha un altre gir de la part inferior de 180º i la part vermella i verda s’intercanvien. A la vegada, hi ha un creuament de monocadenes a la part interna. Les monocadenes que es creuen són les externes, que inicialment no estaven creuades (tot això ho fan les resolvases).
Abans de la resolució, per tant, calen 2 isomeritzacions.
No totes es resolen horitzontalment de forma diferencial (la de la dreta); és un procés selectiu (en diferents etapes pot quedar avortat).
Imatge de microscòpia electrònica de transmissió on s’observa l’intermediari (entre la 1a i la 2a isomerització).
Aquestes isomeritzacions impliquen canvis conformacionals de les monocadenes. Perquè es donin isomeritzacions no cal que giri tot el cromosoma (en la següent imatge, les barres grises quedarien immòbils). Es poden donar en el domini on hi ha Holliday sense que impliqui un moviment de tot el cromosoma. El DNA és molt flexible.
Tot això posiciona correctament els bivalents a la fase metafàsica de la primera divisió meiòtica.
64 CITOGENÈTICA PARCIAL 1 COMPLEX SINAPTINEMAL Aquest complex és una estructura multiproteica pròpia de la divisió meiòtica que es forma entre els cromosomes homòlegs durant la profase de la 1a divisió meiòtica.
De l’embolcall nuclear surten unes estructures laminars que s’ajusten al nombre haploide de l’espècie, és a dir, al nombre de bivalents, i de les quals surten uns loops. En mamífers, aquest complex està vinculat a l’aparellament, a la sinapsi i la recombinació.
Tenim 2 elements laterals (color verd) que estan units entre ells a través d’uns filaments transversals (color groc) que formen l’element central. Les proteïnes scyp2 i scyp3 són les principals en els elements laterals o axials, mentre que l’element central està format per sycp1.
Scp1 forma una estructura transversal que uneix els dos elements axials i, al seu torn els dos cromosomes homòlegs.
En els elements axials del complex tenim el domini frontissa de les cohesines que uneixen, a través del domini globular ATPasa, les dues cromàtides germanes.
Aquest complex es relaciona directament amb el procés de sinapsi i recombinació. És a dir, hi ha una relació entre la formació i eliminació del complex amb la recombinació.
65 CITOGENÈTICA PARCIAL 1 Al leptotè es comencen a visualitzar els elements axials del complex a partir de l’embolcall nuclear (es carreguen sobre els cromosomes). Aquesta etapa correspon a l’etapa en que es formen els trencaments de doble cadena (quan actua spo11).
Al zigotè és quan s’inicia la sinapsi, és quan apareixen els elements centrals formats per scp1 i es comencen a unir els elements laterals del complex a través d’aquest element central i comença la sinapsi entre cromosomes homòlegs. Això correspon al moment en que no s’observen trencaments de doble cadena perquè s’han reparat.
Al paquitè, el complex presenta el seu grau màxim – dos laterals units a través del central i els dos homòlegs a banda i banda. És també quan s’observen les dobles unions Holliday.
A diplotè, el complex es desestructura, es perden els elements laterals i els centrals i per tant el complex sinaptinemal deixa d’unir els cromosomes homòlegs i és quan s’observen per 1r cop cromàtides recombinants resultants de les isomeritzacions i de les resolvases. Hi ha un increment de condensació que encara és més forta a la diacinesi prèvia a la metafase I.
La funció que s’assignava abans al complex sinaptinemal era moduladora de la recombinació. S’ha vist però que no és així, ja que hi ha diferents situacions en que els cromosomes recombinen en absència de complex sinaptinemal (models observats de manera natural). S’han observat casos d’aparellament aquiasmàtic en absència del complex, s’han vist casos d’aparellament quiasmàtic en absència del complex (S.
Pombe), i s’han vist mecanismes de reparació per recombinacions homòlogues actius en absència del complex. A més, hi ha mutants de ratolí en que no es generen correctament els complexos i sí que es dóna la recombinació. Per tant, el complex no és indispensable ja que els cromosomes recombinen igualment.
Imatge on es veu el complex sortint de l’embolcall nuclear (s’aprecien les estructures laminars d’on surten els loops).
66 CITOGENÈTICA PARCIAL 1 La funció que se l’assigna, doncs, és estructural – és un facilitador, però no modula directament la recombinació, sinó que es tracta d’una estructura que forma un esquelet, una bastida proteica que facilita la recombinació entre les cromàtides homòlogues i a la vegada delimita l’espai físic (d’uns 100nm de diàmetre) que permet la recombinació entre els 2 cromosomes homòlegs, permet que a dins s’ubiquin els enzims que actuen en la recombinació.
Llavors, si el complex és estructural, es vincula a la presència d’unes estructures a l’interior del complex de 100nm que s’anomenen nòduls de recombinació (en la imatge anterior, són les regions més denses – càrrega molecular alta).
El complex permet que els nòduls es formin en determinats intervals i contenen les proteïnes necessàries per la recombinació (rad, spo11, etc. estan concentrades en aquestes regions).
NÒDULS DE RECOMBINACIÓ 20/10/14 Els nòduls de recombinació s’interpreten com a llocs d’inici de la recombinació meiòtica. Tenen una càrrega proteica important. Abans de paquitè, interactuen amb determinades regions de DNA en l’espai que possibilita el complex sinaptinemal (100 nm d’ample).
S’interpreten com llocs de recombinació estables.
Tenim dos tipus de nòduls: - - Nòduls primerencs (abans de paquitè) – tenen l’enzimologia necessària per la recerca d’homologia (primeres etapes de recombinació) Nòduls tardans (després de paquitè) – la seva càrrega enzimàtica conté els enzims necessaris per les etapes finals del procés de la recombinació. Abans, en parlar d’elles, no vam posar nom (ni a les isomerases ni a les resolvases), però aquí tenim alguns exemples (seguir fletxita roja).
Per tant, el complex sinaptinemal s’interpreta com una estructura de naturalesa proteica que delimita un espai entre els dos cromosomes homòlegs, i aquest espai és el que ocupen les proteïnes implicades en la recombinació ja que no aquestes actuen de forma aïllada, sinó que es troben agrupades en forma d’aquests nòduls primerencs i tardans, són estructures que tenen una continuïtat. Cal dir que no sempre evolucionen a tardans.
67 CITOGENÈTICA PARCIAL 1 La recombinació, per tant, és un procés molt significatiu que el relacionem des de leptotè fins a diacinesi; en aquests diferents graus de maduració del procés de la profase I és on es dóna aquest procés. Quan finalitza la profase I (durant diplotè i diacinesi), els cromosomes pateixen un increment del grau de condensació, les condensines s’activen encara més i els cromosomes encara es condensen més fins assolir el grau de condensació màxim a diacinesi-metafase I, que és quan es trenca l’embolcall nuclear i els microtúbuls tenen accés als cinetocors.
Com es produeix aquesta transició? EL CROMOSOMA A METAFASE I MORFOLOGIA Espermatòcit humà.
A paquitè, els cromosomes homòlegs presenten un grau de condensació relatiu, i cada parell de cromosomes homòlegs forma un bivalent que està unit a través de l’estructura del complex sinaptinemal. En cada un dels filaments hi ha un complex sinaptinemal i 4 cromàtides (2 cromosomes homòlegs).
A diplotè, el complex sinaptinemal es desestructura, per tant aquesta estructura proteica es perd i ja no manté units els cromosomes homòlegs.
Si analitzem cromosomes homòlegs a metafase I, s’observen aquestes figures: S’observen els bivalents de paquitè però molt més condensats. A més, formen figures rares.
Sense complex sinaptinemal, quines són les estructures o molècules que mantenen units els cromosomes homòlegs a metafase I? A metafase I observem cromosomes homòlegs units a través de les cohesines dels segments que han recombinat. Un bivalent en forma de cercle té 2 quiasmes, (ho podem deduir citològicament). Però el que manté unit aquest bivalent són les cohesines dels segments intercanviats.
Aspectes importants: - Qualsevol cromàtide pot recombinar amb la seva homòloga.
El bivalent es manté unit per les cohesines.
La configuració dels bivalents en metafase I depèn del número de cops que els cromosomes han recombinat i de quina és la posició d’aquests quiasmes.
68 CITOGENÈTICA PARCIAL 1 Per tant, diem que el quiasma és l’expressió citològica de la recombinació.
En la formació d’un quiasma pot participar qualsevol de les quatre cromàtides que formen part d’un bivalent.
La unió entre cromàtides germanes mitjançant cohesines permet que els cromosomes homòlegs es mantinguin units a diacinesi/metafase I, malgrat la dissolució del complex sinaptinemal.
EXEMPLE – Un quiasma. Si veiem una forma de creu o de filament, deduïm que és un bivalent que ha recombinat una vegada (hi ha un quiasma). La forma dependrà del lloc on s’ha produït el quiasma. Si el quiasma és terminal tindrem un filament, i si és intersticial tindrem una creu. La creu pot ser mes o menys simètrica. Quant més terminal és la recombinació, més asimètrica.
EXEMPLE – Dos quiasmes. Al final del procés d’intercanvi de segments. Si el quiasma és terminal tindrem un cercle buit, i si és intersticial tindrem una cercle ple.
69 CITOGENÈTICA PARCIAL 1 En la imatge anterior: 70 CITOGENÈTICA PARCIAL 1 ESTIMACIÓ TEÒRICA DEL PRECENTATGE DE RECOMBINACIÓ Recordem que tenim moltes possibilitats de recombinació (les 4 cromàtides poden recombinar entre elles).
Veiem els percentatges teòrics i els factors que ho modulen.
Tenim representats els 2 cromosomes homòlegs amb les seves 4 cromàtides (cada línia és una cromàtide, no una monocadena). Tenim 4 situacions, els % teòrics dels quals són: 1. No recombinen.
2. Un quiasma – el 50% de les cromàtides resultants seran cromàtides recombinants.
Parèntesi. Quantes unions Holliday son necessàries? 2. Quants trencaments de doble cadena? 2. Quantes molècules de DNA s’han de trencar? 1 – Spo11 fa un trencament de doble cadena que és un trencament d’una molècula. Tanquem parèntesi.
3. 2 quiasmes. Pot ser a) que afectin les mateixes cromàtides. Si passa això, el % final de molècules recombinants és 0% ja que no hi ha res recombinant, tot acaba sent el mateix. Pot ser d) que no siguin les mateixes – la 1a amb 4a i la 2a amb la 3a. El 100% de les cromàtides resultants són recombinants. Pot ser b) i c), en aquests dos casos tindrem un 50% de recombinants.
**Considerem cromàtides recombinants aquelles que comencen en un colorito i acaben en un altre colorito**.
Si acceptem aquestes 4 possibilitats amb la mateixa probabilitat, obtenim un percentatge final de 50%. És a dir, amb 2 quiasmes, el % màxim de molècules recombinants (assumint sempre que totes les possibilitats són equivalents en quan a probabilitat) és del 50%. [(0+50+50 +100)/4 = 50%].
71 CITOGENÈTICA PARCIAL 1 4. La presència de 3 quiasmes originaria 23 = 8 tipus de combinacions diferents, totes amb la mateixa freqüència. El resultat final seria la formació de 32 cromàtides, de les quals 8 serien no recombinants, 8 serien dobles recombinants (no recombinants) i 16 cromàtides tindrien un intercanvi únic o triple. Per tant, el % seguiria sent de 50.
**MAI SUPERAREM EL 50% DE RECOMBINANTS** FACTORS QUE INFLUEIXEN EN EL NOMBRE I LOCALITZACIÓ DE QUIASMES A) GENÈTIQUES 1. Presència de Hot-Spots de recombinació. Els Hot Spots són els llocs calents de recombinació. Molts d’ells (>40% dels quiasmes) presenten una seqüència consens de 13 nucleòtid: CCNCCNTNNCCNC. Es tracta d’una seqüència que determina allà on els cromosomes recombinen. És a dir, hi ha un control a nivell de seqüència de nucleòtids en el procés de recombinació.
En totes les espècies analitzades, aquesta seqüència és reconeguda per una proteïna anomenada PRDM9 – és un gen que codifica per una proteïna que té 3 dominis funcionals clarament diferenciats. El que ens interessa a nosaltres és el domini amb capacitat metilasa que metila histones (metila la lisina 4 de la histona H3) i un domini els AA dels quals s’estructuren en forma de dits de Zn. Aquests dits són una estructura típica proteica d’unió al DNA. Molts factors de transcripció presenten aquest tipus d’estructura per modular el DNA. Els dits de zinc el que fan és reconèixer aquesta seqüència específicament (les regions on s’ha de donar la recombinació) a través d’unes interaccions.
Un cop reconeguda, el domini metilasa metila la lisina 4 del la histona H3 del nucleosoma on es troba aquesta seqüència consens. Aquesta modificació epigenètica indica els llocs on ha de començar la recombinació. Spo11 i algun factor que modula Spo11 reconeixerà aquesta metilació en H3 i iniciarà el procés de recombinació.
72 CITOGENÈTICA PARCIAL 1 TOTAL. Que l’inici de la recombinació no passa a qualsevol lloc, Spo11 no trenca porque sí, sinó que està modulada per altres tipus de proteïnes que li diuen on ha de trencar el DNA. Aquí és on intervé la seqüència consens de nucleòtids (40-60% dels quiasmes).
Això es una estimació teòrica que es veu condicionada per varis factors.
2. Fenòmens d’interferència. Són una sèrie de fenòmens que estan relacionats amb la impossibilitat de crear/resoldre unions Holliday degut a dos fenòmens diferents: a. Interferència de cromàtides. Quan una cromàtide participa en un procés de recombinació, difícilment participa en un altre.
b. Interferència de quiasmes. Quan un quiasma es produeix en una regió concreta, hi ha poca probabilitat que se’n formi un altre (distància mínima per a la formació d’un quiasma).
Tot això limita en gran part la recombinació entre cromosomes homòlegs.
La causa molecular d’aquests dos fenòmens és la impossibilitat de resoldre 2 unions Holliday quan els quiasmes estan massa propers perquè pertanyen a la mateixa cromàtide. Recordem que per resoldre les unions Holliday calen isomeritzacions – si estan massa properes no es poden produir aquests girs i no es generen molècules recombinants. Així que ja tenim 2 causes genètiques que clarament condicionen la freqüència de quiasmes i la seva localització.
3. Localització del centròmer. A mida que t’acostes al centròmer, la freqüència de quiasmes disminueix, se’n van a les parts terminals. Això té una raó – en la 1a divisió meiòtica es perden les cohesines. És important que al voltant del centròmer no es produeixin quiasmes per mantenir aquesta cohesió. Si hi ha un centròmer, s’inhibeix la recombinació.
4. Heterocromatina. Les regions heterocromàtiques no recombinen – regions on disminueix la freqüència de quiasmes.
5. Sexe. Les espècies de sexes homogamètics presenten una freqüència de quiasmes superior al d’espècies heterogamètiques.
6. Efectes intercromosòmics. Té a veure amb individus portadors de variants cromosòmiques estructurals, com ara translocacions, inversions o insercions. Aquests individus presenten reduccions significatives del número de quiasmes. Tenim un seguit de causes relacionades amb la genètica de l’individu que modulen la freqüència de recombinació.
73 CITOGENÈTICA PARCIAL 1 B) AMBIENTALS 1. Edat. La freqüència de recombinació disminueix amb l’edat de l’individu. Una edat materna avançada comporta un augment de probabilitat d’aneuploïdies com ara el Síndrome de Down. Aquesta relació té a veure amb el fet que amb l’edat la freqüència de recombinació disminueix, el nombre de quiasmes també i la cohesió entre homòlegs es veu compromesa, i si no hi ha una correcta cohesió la segregació és incorrecta.
2. La temperatura. Variacions en la temperatura afecten la durada del cicle cel·lular i per tant la fertilitat dels individus.
3. Contingut d’aigua. És important sobretot en plantes.
SEGREGACIÓ SINTÈLICA DE CROMOSOMES HOMÒLEGS EN ANAFASE I SITUACIÓ – Partim d’un bivalent en el qual tenim cohesines unint cromàtides germanes i en el qual s’ha produït almenys un intercanvi, de manera que les cohesines dels segments intercanviats són les que mantenen el bivalent unit (els dos cromosomes homòlegs romanen units).
Com s’aconsegueix aquesta unió sintèlica? Perquè cada homòleg segregui a un pol diferent cal que les dues cromàtides germanes estiguin orientades a pols oposats, per tant unides de forma sintèlica. En un procés mitòtic, la proteïna Aurora quinasa era qui aconseguia això. En la meiosi, a més de l’Aurora quinasa, afegim una 2a proteïna que s’anomena Monopolina.
74 CITOGENÈTICA PARCIAL 1 En (A) els dos cinetocors germans estan units de forma amfitèlica (cada un a un pol diferent), estructura que no és reconeguda per l’Aurora quinasa, ja que ella aquí detecta equilibri de forces cosa que la inactivava. En (C) tampoc és activa. Llavors es podria generar un caos perquè la cèl·lula no pot discriminar entre les dues situacions (A) i (C), i hi hauria bivalents que segregarien de forma A i altres de forma C. Aquesta monopolina (forma part de l’estructura del cinetocor) el que fa és el següent – si en dos cinetocors germans no hi ha unió sintèlica (si hi ha microtúbuls que provenen de dos pols cel·lulars oposats), desfà les unions i només estabilitza les unions al cinetocor en el cas que els dos cinetocors s’uneixin a fibres del fus que provenen del mateix pol cel·lular. Per exemple, en (A) tenim unió amfitèlica i l’Aurora no detecta manca tensió. Però la monopolina desfà les unions perquè no detecta unió sintèlica, i les desfà en tal sentit que es produeix una segona configuració (B) en que els dos cinetocors estan units a la dreta, i aquí la monopolina ja no ho reconeix però l’Aurora quinasa sí (hi ha manca de tensió) i ara és ella qui desfà les unions i ens porta cap a (C).
Només en el cas on tenim unions sintèliques on dos cinetocors germans estiguin en un pol i els altres dos a l’altre pol (C), s’inactiven tant Aurora quinasa com monopolina, que és quan el bivalent s’estabilitza al centre de la cèl·lula formant la placa metafàsica. És a dir, la formació de la placa metafàsica en metafase I es produeix per l’acció coordinada d’aquestes dues proteïnes.
Ara ja es pot donar la transició cap a anafase I.
En mitosi, quan teníem unió amfitèlica bipolar amb equilibri de forces, s’activava APC, cosa que acabava amb l’eliminació de les cohesines perquè poguessin segregar les cromàtides germanes. Si el mateix model s’aplica en la meiosi no segregarem cromosomes homòlegs units sinó cromàtides que hauran perdut la cohesivitat. Per tant cal que en la meiosi I la cohesivitat entre cromàtides germanes es mantingui inalterada fins a metafase II (han de cosegregar en meiosi I).
75 CITOGENÈTICA PARCIAL 1 Com aconseguim això? Incorporant una segona modificació: les cohesines estan unint cromàtides germanes. Durant la meiosi pateixen modificacions addicionals que afecten de forma diferent a la mitosi i produeixen dues poblacions diferents de cohesines.
Les cohesines que estan als extrems dels cromosomes (les que estan allunyades de la regió centromèrica) estan fosforilades per la Polo-like kinasa i d’altres. Aquesta proteïna fosforila les cohesines, però no totes queden fosforilades, ja que les cohesines de la regió pericentromèrica estan protegides de la fosforilació per dues proteïnes addicionals: la Sugosina Sgo1 i la PP2A, que van eliminant els grups fosfats. La fosfatasa 2A (PP2A), gràcies a la Sugosina 1 que la porta al centròmer, elimina els P que ha incorporat la Polo-like kinasa.
D’aquesta manera, arribats a la transició, tindrem dos poblacions de cohesines – les fosforilades i les no fosforilades. La separasa elimina les cohesines fosforilades però no pot actuar sobre les que no tenen grup fosfat. Quan s’allibera la separasa, actua específicament sobre les cohesines dels braços, on es perd la cohesivitat – perdem la cohesivitat dels segments que s’han intercanviant, que eren els que mantenien els dos cromosomes units. El resultat net és que els homòlegs se separen.
Aquest sistema està sotmès a punts de control. Quan la unió de tots els bivalents és sintèlica es deixen d’alliberar senyals inhibitoris i APC s’activa i actua sobre la securina.
EL CROMOSOMA A METAFASE II MORFOLOGIA Aquests cromosomes presenten 2 característiques que els diferencien dels somàtics. En primer lloc, presenten les cromàtides molt separades ja que només s’ajunten per la regió pericentromèrica. En 2n lloc, el grau de condensació és d’un rang inferior a la condensació d’un mitòtic. A més, els braços cromosòmics tenen un aspecte enrinxolat. Això és així perquè 76 CITOGENÈTICA PARCIAL 1 la transició consta de insuficient temps (interfase curta entre ambdues divisions meiòtiques) com perquè les condensines actuïn i organitzin el material amb un grau de condensació elevat.
Per tant, hi ha una base molecular darrere tot això.
SEGREGACIÓ SINTÈLICA DE CROMÀTIDES GERMANES EN ANAFASE II Com es dóna la segregació? SITUACIÓ – Venim de la 1a divisió meiòtica i tenim cromàtides amb regions que han preservat les cohesines i regions sense cohesines. Ara, han de canviar el seu estat de resistència a la separasa. Per tant, s’han de fosforilar. Com ho aconseguim? Hi ha diferents propostes.
1. Alguns autors defensen que la ciclina A2 participa en la transició metafase II-anafase II i que té una capacitat inhibitòria sobre aquest, unint-se i activant quinases.
2. Altres defensen que la inhibició es fa per part d’un inhibidor de la fosfatasa, una molècula que selectivament inhibeixi la fosfatasa.
77 CITOGENÈTICA PARCIAL 1 3. Altres defensen que és per culpa de la tensió, de forma similar a com s’inactiva l’aurora quinasa.
La realitat és que aquest conjunt de cohesines pericentromèriques resistents a la separasa passen a ser sensibles a ella.
Quan s’activa el sistema de segregació de metafase II a anafase II? Igual que en la mitosi – en el moment en que hi ha unió amfitèlica bipolar amb equilibri de forces. El procés és el mateix que en la mitosi i acaba amb que els senyals inhibitoris d’APC deixen de sortir del cinetocor, APC s’activa i actua sobre la separasa, la qual s’allibera i actua sobre les cohesines pericentromèriques, portant a l’eliminació d’aquestes i per tant a la segregació de les cromàtides germanes.
Quina és la diana de la separasa en el model meiòtic? En mitosi era SCC1 (era la kleisina que tancava l’anell). A meiosi, aquesta kleisina que tanca l’anell de les cohesines s’anomena Rec8.
Quan la separasa, que és una proetasa, trenca Rec8, es dóna la segregació.
PUNTS DE CONTROL L’objectiu de la meiosi és que es generin cèl·lules haploides amb una cromàtide i gàmetes amb una cromatina d’integritat adequada – procés altament regulat. Per exemple, en la segregació tenim el control SAC. Però no detallarem més.
78 CITOGENÈTICA PARCIAL 1 DIVISIONS MEIÒTIQUES NO CONVENCIONALS MEIOSI QUIASMÀTICA – és la que es dóna majoritàriament.
MEIOSI AQUIASMÀTICA – en sexes heterogamètics d’alguns dípters, lepidòpters i invertebrats. Els cromosomes no recombinen. Hi ha una sinapsi paral·lela entre cromosomes homòlegs sense cap necessitat de quiasmes.
MEIOSI INVERSA – enlloc de fer una primera divisió reductora i una segona equacional, ho fan al revés. Parlem d’espècies que presenten cromosomes holocèntrics.
79 ...