3 Amigo o enemigo: Emparejamiento y sinapsis de cromosomas sexuales heteromórficos
El emparejamiento y recombinación de cromosomas meióticos son eventos clave que garantizan una reproducción sexual exitosa. Una vez que se establece el antagonismo sexual en los cromosomas proto-sexuales, estos mecanismos son contraproducentes para la función de los cromosomas sexuales. Por otro lado, el emparejamiento cromosómico también es esencial para la segregación en la anafase meiótica I. El complejo sinaptonémico (SC) es una estructura altamente ordenada y compleja ensamblada en la profase I. Sirve para mediar y mantener el proceso de emparejamiento entre secuencias homólogas hasta los cruces ( CO) o quiasmas y la etapa de diploteno ha comenzado en preparación para la metafase I y la segregación. Debido a que el SC está íntimamente relacionado con el proceso de recombinación, resolución de DSB y, más recientemente, la interferencia de CO y la distribución de la maquinaria de CO, las mutaciones en los componentes centrales impactan negativamente en la producción de gametos y la fertilidad (Libuda, Uzawa, Meyer, & Villeneuve, 2013; Rog, Kohler, & Dernburg, 2017).
La disposición bruta del SC es una estructura tripartita que une los ejes cromosómicos y compuestos por (1) elementos axiales (AE) que se denominan elementos laterales (LE) después del ensamblaje SC, (2) filamentos transversales (TF) que están atados a los LE y (3) los elementos centrales (CE) que sirven para enlazar los TFs y completar el montaje del SC El montaje, mantenimiento y desmontaje de SC es un proceso altamente dinámico y fluido que comprende componentes estructurales y no estructurales altamente especializados, cuya regulación no está clara (Biswas, Hempel, Llano, Pendas, & Jessberger, 2016; Rog et al., 2017). En términos de conservación evolutiva, existe una notable incongruencia entre la alta conservación de los componentes estructurales y sus arreglos entre plantas, insectos, gusanos, levaduras, aves y mamíferos, y la baja conservación de las secuencias de aminoácidos subyacentes de las proteínas SC clave ( Casey, Daish, Barbero, & Grutzner, 2017; Fraune et al., 2016). A pesar de esto, se conservan ciertos motivos estructurales y estructuras secundarias, como los dominios en espiral de los CE.
Curiosamente, los ratones mutantes SC revelan diferencias en el nivel de errores sinápticos necesarios para inducir una detención del punto de control y apoptosis entre los sexos (Bolcun-Filas et al., 2009; Yang et al., 2006). La pérdida de la proteína del complejo sinaptonemal 2 (Sycp2) o 3 (Sycp3) en los machos da como resultado una reducción general de la sinapsis y la pérdida de espermatocitos en el paquiteno por muerte celular, mientras que en los ovocitos este rigor en la monitorización del apareamiento se reduce, lo que resulta en una alta incidencia de errores de segregación y aneuploidía (Yang et al., 2006; Yuan et al., 2002, 2000). Esto indica diferencias de sexo en las vías centrales de los puntos de control meióticos que pueden explicar la mayor frecuencia observada de errores cromosómicos en los gametos femeninos.
Si bien la estructura general y el papel del SC en la organización cromosómica meiótica están muy conservados, existen importantes variaciones en el programa de ensamblaje y dependencia de la activación de la vía de ruptura de doble hebra del ADN (DSB) para la sinapsis. Dicha diversidad se muestra en las hembras de D. melanogaster y C. elegans, donde el apareamiento y la sinapsis pueden ocurrir independientemente de la recombinación, y en el macho de D. melanogaster, que carece por completo de recombinación, y también en S. pombe y A. nidulans, que tienen un apareamiento independiente y dependiente de la recombinación. , respectivamente, lo que puede ocurrir en ausencia de un SC (Bahler, Wyler, Loidl, & Kohli, 1993; Cahoon & Hawley, 2013; Egel-Mitani, Olson, & Egel, 1982; Rog & Dernburg, 2013). Tres ejemplos sorprendentes que involucran cromosomas sexuales heteromórficos resaltan esta flexibilidad y adaptabilidad estructural de las proteínas centrales de SC, uno en marsupiales que involucra una estructura llamada placa densa, uno en gallinas que involucran sinapsis no homólogas durante la ecualización ZW, y otro en ornitorrincos que involucran meiosis masculina acumulaciones masivas de una cohesina estructural (Casey et al., 2017).
Otras fuentes de variación en el SC incluyen numerosas modificaciones postraduccionales necesarias para la orquestación fiel del ensamblaje y desensamblaje del SC en el contexto de la vía de daño del ADN activación, búsqueda de homología y formación de cruces. Tales modificaciones esenciales incluyen SUMOilación, acetilación y fosforilación y pueden involucrar reguladores del ciclo celular tales como CDK1-CiclinaB y quinasas tipo polo (PLK). Más recientemente, el proteasoma 26S ha demostrado funciones en el apareamiento de secuencias homólogas en levaduras en gemación (Ahuja et al., 2017; Rog et al., 2017).