5. Divisio cel·lular meiotica (2012)

Apunte Español
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Genética - 2º curso
Asignatura citogenetica
Año del apunte 2012
Páginas 6
Fecha de subida 07/11/2014
Descargas 1
Subido por

Vista previa del texto

TEMA  5:  DIVISIÓ  CEL·∙LULAR  MEIÒTICA     CITOGENÈTICA   1.  TEORIA  CROMOSÒMICA  DE  L’HERÈNCIA   ü Els  gens  estan  situats  sobre  els  cromosomes.   ü L’ordenació  dels  gens  és  lineal.   ü La  recombinació  està  relacionada  amb  un  intercanvi  de  segments  cromosòmics.   2.  ASPECTES  GENERALS   a)  Característiques  de  la  meiosi   v v v v v v v v v v Dues  divisions  resultant-­‐ne  quatre  cèl·∙lules  filles.   Reducció  de  la  dotació  cromosòmica.   Només  hi  ha  una  fase  S  per  totes  dues  divisions.   Aparellament  complert  de  cromosomes  homòlegs  en  profase.     Recombinació  a  la  profase  entre  cromosomes  homòlegs.   Orientació  dels  cinetocors  germans  diferent.   Manteniment  de  les  cohesines  dels  braços  entre  cromàtides  germanes.     Divisió  dels  centròmers  en  l’anafase  II,  no  en  l’anafase  I.   Produeix  variació.   Les  cèl·∙lules  que  la  fan  són  sempre  diploides.   b)  Funcions  de  la  meiosi   -­‐  Tot  i  que  canviï  la  dotació  cromosòmica,  es  manté  la  ploïdia  (n  +  n  =  2n).   -­‐  Increment  de  la  variabilitat   genètica  degut  a  la  recombinació  i  distribució  aleatòria   dels  cromosomes  materns  i  paterns.  Nombre  de  gàmetes  possibles  =  2^n.   c)  Fases  i  durada   Meiosi  I:   -­‐   Profase   I:   dividida   en   leptotè,   zigotè   (sinapsi),   paquitè   (recombinació   i   quiasmes),   diplotè  i  diacinesi  (desaparició  del  nuclèol  i  l’embolcall  nuclear).   -­‐  Metafase  I:  alineació  dels  cromosomes  homòlegs  a  la  placa  equatorial  del  fus.   -­‐  Anafase  I:  migració  dels  cromosomes  cap  als  pols,  mantenint  encara  les  2  cromàtides.   -­‐  Telofase  I:  formació  dels  embolcalls  nuclears  i  citocinesi.   En  resulten  2  cèl·∙lules  haploides  amb  cromosomes  formats  per  2  cromàtides.   Meiosi  II:   -­‐  Profase  II:  després  d’una  breu  interfase  sense  fase  S.   -­‐  Metafase  II:  disposició  dels  cromosomes  a  l’equador  de  la  cèl·∙lula.   -­‐  Anafase  II:  separació  de  les  cromàtides  germanes  dels  cromosomes.   -­‐  Telofase  II:  ídem.   En  resulten  4  cèl·∙lules  haploides  amb  cromosomes  formats  per  1  cromàtide.       TEMA  5:  DIVISIÓ  CEL·∙LULAR  MEIÒTICA     CITOGENÈTICA   3.  ESDEVENIMENTS  CROMOSÒMICS   a)  Canvis  en  morfologia  i  estructura  dels  cromosomes:  cohesines  i  condensines -­‐  Condensines:  uneixen  DNA  de  la  mateixa  cromàtide  per  a  compactar-­‐lo.   -­‐  Cohesines:  uneixen  les  cromàtides  germanes  fins  l’anafase  II.   Funció   vital   per   tal   que   la   segregació   es   doni   correctament   i   es   pugui   donar   la   recombinació  meiòtica.   b)  Recombinació  meiòtica   1-­‐  Mecanisme  general:   La  recombinació  meiòtica  es  dóna  entre  cromosomes  homòlegs  (no  entre  cromàtides   germanes)  durant  la  profase  I.   1.  Es  produeix  l’aparellament  (reconeixement  mutu)  dels  cromosomes  homòlegs.   2.  Trencament  de  la  doble  cadena  del  DNA  mitjançant  la  proteïna  Spo11,  que  trenca   preferentment  promotors,  no  aleatòriament.   3.  Un  cop  trencades,  el  complex  Mre11  (exonucleasa)  elimina  nucleòtids  en  sentit  3’-­‐5’   en  totes  dues  cadenes,  exposant  extrems  3’-­‐OH  protuberants  en  totes  dues  cadenes.   4.  Llavors  el  complex  proteic  Rad  51  s’uneix  a  una  monocadena  de  DNA  3’-­‐OH  i  rastreja   el   genoma   fins   que   troba   una   seqüencia   de   nucleòtids   complementària   a   la   de   la   monocadena  que  té  unida.   5.   La   monocadena   unida   a   Rad   51   desplaça   una   de   les   cadenes   del   cromosoma   homòleg  i  la  substitueix  per  la  que  porta  unida.   6.  Feta  la  sinapsi,  les  monocadenes  no  tCitogenètica allades  serveixen  de  motlle  per  la  síntesi  de  les   monocadenes  tallades.   7.  Quan  arriba  a  l’extrem,  es  forma  una  doble  u5.3.
nió  ESDEVENIMENTS de  Holliday  per  mitjà   de  lligases.   CROMOSÒMICS • Recombinació meiòtica: Mecanisme general   2-­‐  Enzims  implicats:   -­‐  Spo11   à   tall  de  la  doble  cadena  (no  atzar)   -­‐  Mre11   à   eliminació  de  nucleòtids  3’-­‐5’   -­‐  Rad  51   à   unió  a  extrem  3’OH  i  rastrejament   -­‐  DNA  polim.   à   síntesi  del  DNA  a  partir  de  motlle   -­‐  Lligases   unió  dels  extrems  del  DNA   à   RecA / Rad51       UNIÓ DE HOLLIDA TEMA  5:  DIVISIÓ  CEL·∙LULAR  MEIÒTICA   senzilla s’aparelli amb una regió homòloga de doble cadena reconeixement d’homologia Cada monòmer presenta més d’un punt d’unió al DNA   CITOGENÈTICA   3-­‐  Resolució  de  les  unions   Holliday   RecA / Rad51 A)  Molècules  no  recombinants:  resultat  de  dos  talls  transversals  o  dos  talls  verticals  de   les  unions  Holliday.  No  són  molècules  recombinants  perquè  els  extrems  de  la  molècula   tenen  el  mateix  origen  (matern  o  patern).  Hi  ha  conversió  gènica.   B)  Molècules  recombinants:  resultat  de  la  resolució  horitzontal  d’una  unió  i  de  l’altre   Resolució d’una unió Holliday: Isomerització depenent vertical.  El  tall  vertical  és  possible  degut  a  les  resolvases.   *   Mecanisme   del   tall   vertical:   primer   cal   un   procés  d’isomeritzacions  pel  qual,  mitjançant   UNIÓ DE HOLLIDAY un   primer   gir   la   part   central   estigui   oberta   i,   mitjançant   un   segon   gir,   les   monocadenes   exteriors   es   creuin   al   centre.   Aquestes   monocadenes  són  les  tallades.   4-­‐  Complex  sinaptinemal   de l’activitat de proteïnes específiques Citogenètica Dues cadenes internes 5.3. ESDEVENIMENTSIsòmers CROMOSÒMICS • Recombinació meiòtica: El complex sinaptinemal Estructura oberta i Dues cadenes externes simètrica Tema 5: Divisió cel·lular meiòtica Canvi de conformació Complex  trilaminar   format   per   tres   proteïnes   que   es   forma   entre   els  cromosomes  homòlegs  durant  la  profase  I.  A  cada  banda  del   complex   hi   ha   un   cromosoma   homòleg   format   per   dues   cromàtides,  per  tant,  facilita  la  unió  entre  cromosomes.   Scp2/Scp3    -­‐  Proteïna  Sycp1:  forma  l’eix  central  que  uneix  els  dos  elements  axials.        -­‐  Proteïnes  Sycp2/3:  formen  de  forma  conjunta  els  dos  elements  axials,  que  es  troben   units  a  les  cohesines  (que  uneixen  les  cromàtides  germanes).   Relació  del  complex  sinaptinemal  amb  la  recombinació:   1. Leptotè:   es   comencen   a   estructurar   els   elements   axials   al   voltant   de   l’embolcall   nuclear.  Spo11  produeix  els  trencaments  de  la  doble  cadena.   2. Zigotè:  el  complex  sinaptinemal  comença  a  realitzar  la  sinapsi.  Els  trencaments  de   la  doble  cadena  son  reparats.   3. Paquitè:  el  complex  està  completament  desenvolupat,  sinapsi  completa.  Es  veuen   les  unions  Holliday.   4. Diplotè:  el  complex  sinaptinemal  es  desestructura  i  augmenta  la  condensació  dels   cromosomes.  S’observen  regions  recombinants.   5. Diacinesi:  increment  de  la  condensació  dels  cromosomes.   Sembla   ser   que   el   complex   sinaptinemal   només   és   una   estructura   que   facilita   la   recombinació:  l’espai  físic  que  separa  els  cromosomes  en  el  complex  és  la  necessària   per  la  recombinació.  Hi  ha  3  proves  experimentals  que  fonamenten  la  teoria:     -­‐  Absència  en  processos  de  reparació  per  recombinació  homòloga.     -­‐  Absència  en  l’aparellament  aquiasmàtic     -­‐  Absència  en  l’aparellament  quiasmàtic  de  determinades  espècies.     Scp1 TEMA  5:  DIVISIÓ  CEL·∙LULAR  MEIÒTICA     CITOGENÈTICA   Als  complexes  sinaptinemals  s’observen  nòduls   de   recombinació,  que  són  agrupacions   proteiques   que   possibiliten   la   recombinació,   són   els   llocs   on   hi   haurà   recombinació.   N’hi  ha  de  dos  tipus:     1.  Primerencs:  abundants,  llocs  d’inici  d’entrecreuaments  (abans  del  paquitè)     2.   Tardans:  n’hi  ha  menys,  ja  que  són  llocs  d’entrecreuaments  estables  i,  com   que  no  tots  els  entrecreuaments  s’estabilitzen,  menys  que  primerencs  (en  paquitè).   c)  Cromosoma  a  metafase  I:  morfologia Citogenètica 5: Divisióno   cel·lular El   complex   es   degrada   després   del   paquitè,   però   els   cromosomes   Tema homòlegs   se   meiòtica separen,   ja   que   es   mantenen  5.3.
units   per   les   cohesines   en   els   llocs   on   s’ha   produït   ESDEVENIMENTS CROMOSÒMICS • El cromosoma a Metafase I: Morfologia recombinació,  que  no  s’eliminaran  fins  l’anafase.   - 1 quiasma: 1-­‐  Quiasmes   Terminal Filament Intersticial Creu Citogenètica Els  quiasmes  són  l’expressió  citològica  de  la  recombinació.  En  la  seva  formació  poden   participar  qualsevol  de  les  cromàtides  que  formen  el  bivalent.   5.3. ESDEVENIMENTS CROMOSÒMICS • El cromosoma a Metafase I: Morfologia La  morfologia  del  bivalent  depèn  del  nombre  de  quiasmes  i  la  seva  localització:   - 1 quiasma: Terminal Intersticial Filament Creu A)   1   quiasma:   com   més   terminal   sigui,   més   forma   de   filament   tindrà   el   bivalent,  mentre  que  com  més  intersticial,  més  forma  de  creu.   - 2 quiasmes: Terminal Cercle buit Intersticials Cercle ple B)   2   quiasmes:   com   més   terminals   siguin,   més   buit   serà   el   cercle,   mentre   que   com   més   intersticials,   més   ple,   ja   que   els   braços  interiors  seran  més  llargs.   - 2 quiasmes: Terminal Cercle buit Intersticials Cercle ple 2-­‐  Estimació  teòrica  del  %  de  recombinants   -­‐   Si   hi   ha   1  quiasma   (2   unions   Holliday):   hi   ha   un   50%   de   cromàtides   recombinants,   les   dues  que  participin  en  les  unions  Holliday,  mentre  que  les  altres  dues  no  recombinen.   -­‐  Si  hi  ha  2  quiasmes  (4  unions  Holliday):  hi  ha  4  possibilitats     a)  2  quiasmes  en  les  mateixes  cromàtides:  0%  de  recombinació  (s’anul·∙len).     b)   2   quiasmes   amb   3   cromàtides   implicades:   50%   de   cromàtides   recombinants,   ja  que  n’hi  ha  una  que  no  hi  participa  i  una  que  participa  en  els  2  quiasmes  (anul·∙lant-­‐ se),  les  altres  dues  amb  un  sol  quiasma  són  les  recombinants.  [x2]     c)  2  quiasmes  amb  totes  les  cromàtides  implicades:  100%  de  recombinants.     Citogenètica Tema 5: Divisió cel·lular meiòtica Així   doncs,   suposant   que   les   opcions   són   igualment   probables,   la   mitjana   de   5.3. ESDEVENIMENTS CROMOSÒMICS • El 5 cromosoma a Metafase I: Factors que influeixen en n el nombre i localització quiasmes cromàtides  recombinants  és  del   0%  independentment   del   ombre   de  qdels uiasmes.       Estimació teòrica del percentatge de recombinació: Percentatge de recombinació amb dos quiasmes: 0+50+50 +100/4 = 50% 0% Recombinació 50% Recombinació En conjunt les quatre combinacions originen 16 cromàtides diferents, de les quals 8 son recombinants i 8 són normals.
La presència de tres quiasmes originaria 0% Recombinació 50% Recombinació 23=8 tipus de combinacions diferents, totes amb la mateixa freqüència. El resultat final seria la formació de 32 cromàtides: 8 no recombinants, 8 cromàtides doblerecombinants (no recombinants), 16 cromàtides amb un intercanvi únic o triple.
Com a mitjana 50% de recombinació.
50% Recombinació 100% Recombinació Mateix resultat per 4, 5, 6....
Tema 5: Divisió cel·lular m TEMA  5:  DIVISIÓ  CEL·∙LULAR  MEIÒTICA     CITOGENÈTICA   3-­‐  Factors  que  determinen  el  lloc  i  nombre  de  quiasmes   Factors  genètics:      1.  Hot-­‐spots:  els  quiasmes  solen  produir-­‐se  en  certes  seqüències  del  genoma.      2.   Interferències:   difícil   trobar   més   d’un   quiasma   en   una   cromàtide,   ja   que   cal   una   distància  mínima  entre  quiasmes  (dificultat  d’isomeritzacions).      3.  Proximitat  del  centròmer:  menys  freqüència  de  quiasmes  (dificultaria  segregació).      4.  Heterocromatina:  disminueix  la  freqüència  de  quiasmes  (dificultat  isomeritzacions).      5.  Sexe:  l’homogamètic  (XX)  sol  presentar  més  quiasmes  que  l’heterogamètic  (XY).      6.  Efectes  intercromosòmics:   Factors  ambientals:  edat,  temperatura  o  contingut  hídric  (sobretot  plantes).   d)  Segregació  sintèlica  de  cromosomes  homòlegs  en  anafase  I Per  tal  que  es  produeixi  cal  inactivar  les  cohesines  periquiasmàtiques,  que  estan  unint   els  cromosomes  homòlegs.  Això  només  es  produeix  un  cop  els  microtúbuls  s’han  unit   correctament  als  cinetocors.  Per  assegurar-­‐ho  hi  participen  dues  proteïnes:   Monopolina:   només   s’inactiva   quan   tots   els   microtúbuls   dels   cinetocors   germans   (cromàtides  germanes)  provenen  del  mateix  pol.   Aurora:  només  s’inactiva  quan  hi  ha  un  equilibri  de  forces  entre  tots  dos  pols.   Per   tant,   només   s’inactivaran   totes   dues   proteïnes   i   permetran   l’estabilització   de   les   unions  al  cinetocor  quan  les  unions  siguin  sintèliques  biorientades.   Un  cop  s’han  aconseguit  les  unions  necessàries,  s’activa  l’APC,  que  inactiva  la  securina,   activant   la   separasa   que   actuarà   sobre   la   subunitat   Rec8   (homòloga   a   Scc1)   de   les   cohesines  periquiasmàtiques  (les  pericentromèriques  segueixen*)  que  mantenen  units   els  cromosomes  homòlegs,  permetent  la  segregació  cap  als  pols.   *  Com  és  que  la  separasa  no  actua  sobre  les  cohesines  pericentromèriques  si  no  tenen   cap   diferencia   molecular   respecte   les   periquiasmàtiques?   En   llevats   s’observa   una   proteïna   que   protegeix   les   pericentromèriques   (sugosina),   també   s’ha   observat   Citogenètica meiòtica fosforilacions   diferencials   entre   ambdues   cohesines,  Tema tot  5:i  Divisió que   cel·lular també   pot   ser   que   la   heterocromatina  pericentromèrica   protegeixi  les  cohesines.   5.3. ESDEVENIMENTS CROMOSÒMICS   • Segregació sintèlica de cromosomes homòlegs a anafase I Dues proteïnes: Monopolina i Aurora asseguren la unió sintèlica dels microtúbuls als cinetocors             TEMA  5:  DIVISIÓ  CEL·∙LULAR  MEIÒTICA     CITOGENÈTICA   e)  Cromosoma  a  metafase  II:  morfologia Cromosomes   formats   per   dues   cromàtides   unides   únicament   per   les   cohesines   pericentromèriques.   Els   braços   tenen   un   aspecte   enrinxolat   degut   a   que   la   interfase   entre  les  dues  meiosi  és  massa  curta  com  per  permetre  l’activitat  de  les  condensines.   f)  Segregació  amfitèlica  de  cromàtides  germanes  en  anafase  II Igual   que   en   la   mitosi,   però   amb   la   diferència   que   només   hi   ha   una   còpia   de   cada   Citogenètica Tema 5: Divisió cel·lular meiòtica cromosoma.   Es   perd   la   protecció   de   les   cohesines   pericentromèriques   i   es   tornen   sensibles  a  la  separasa,  migrant  cap  a  pols  oposats.   5.3. ESDEVENIMENTS CROMOSÒMICS • Segregació amfitèlica de cromàtides germanes a anafase II         desprotecció Rec8 centromèriques: Absència de Sugosina?   g)  Punts  de  control  de  les  divisions  meiòtiques Al   llarg   de   la   meiosi   hi   ha   un   seguit   de   punts   de   control   que   han   de   garantir   que   la   distribució  dels  cromosomes  sigui  l’adequada  (dotació  cromosòmica  OK):      1.   Punt   de   control   de   sinapsi/recombinació:   a   la   profase   I.   Verifica   que   hi   hagi   un   correcte   aparellament   dels   cromosomes   (o   reparació   o   apoptosi).   Necessari   perquè   es   doni  la  recombinació  que  mantindrà  les  cromàtides  unides  fins  l’anafase  II.      2.  Punt  de  control  de  formació  del  fus:  en  transicions  metafase   –  anafase  (I  i  II).  Com   ja  s’ha  vist,  les  proteïnes  mad  degraden  els  microtúbuls  fins  la  correcta  ordenació.      3.   Punt   de   control   de   la   prevenció   de   la   replicació:   de   telofase   a   profase   II.   Cal   garantir  que  no  es  passa  per  una  fase  S  de  replicació.  Acció  de  ciclines,  etc.      4.  Punt  de  control  de  l’expressió  gènica:  al  final  de  la  meiosi  II:  garanteix  que  a  les   cèl·∙lules  filles  s’expressin  els  productes  que  han  d’expressar  en  la  dosi  adequada.   4.  DIVISIONS  MEIÒTIQUES  NO  CONVENCIONALS      1.  Meiosi  quiasmàtica:  l’explicada.      2.   Meiosi   aquiasmàtica:   no   hi   ha   intercanvi   entre   cromosomes   homòlegs,   és   típica   dels  mascles  de  dípters,  lepidòpters  i  alguns  invertebrats.  Tot  i  no  haver-­‐hi  quiasmes,   hi  ha  una  sinapsi  entre  homòlegs  que  garantirà  la  correcta  segregació.      3.   Meiosi   inversa:  la  primera  divisió  és  equacional,  no  hi  ha  reducció  de  cromosomes,   mentre   que   és   la   segona   la   reductora,   que   canvia   la   dotació   cromosòmica.   És   característica  d’espècies  amb  cromosomes  holocinètics  com  els  polls.   ...