3 Vriend of vijand: koppeling en synapsis van heteromorfe geslachtschromosomen
Meiotische chromosoomparing en recombinatie zijn sleutelgebeurtenissen die een succesvolle seksuele reproductie garanderen. Zodra seksueel antagonisme is vastgesteld op de proto-geslachtschromosomen, zijn deze mechanismen contraproductief voor de functie van het geslachtschromosoom. Aan de andere kant is chromosomale paring ook essentieel voor segregatie bij meiotische anafase I. Het synaptonemale complex (SC) is een zeer geordende en complexe structuur samengesteld in profase I. Het dient om het paringsproces tussen homologe sequenties te bemiddelen en in stand te houden tot cross-overs ( COs) of chiasmata zijn vastgesteld en de diplotene-fase is begonnen ter voorbereiding op metafase I en segregatie. Omdat de SC nauw verbonden is met het proces van recombinatie, DSB-resolutie en meer recent CO-interferentie en CO-machinedistributie, hebben mutaties in de kerncomponenten een negatieve invloed op de productie en vruchtbaarheid van gameten (Libuda, Uzawa, Meyer, & Villeneuve, 2013; Rog, Kohler, & Dernburg, 2017).
De grove opstelling van de SC is een tripartiete structuur die de uitgelijnde chromosomale assen en samengesteld uit (1) axiale elementen (AE) die laterale elementen (LEs) worden genoemd na SC-montage, (2) transversale filamenten (TFs) die zijn vastgemaakt aan de LEs en (3) de centrale elementen (CEs) die dienen om de TFs te verbinden en de SC-montage te voltooien. SC-montage, onderhoud en demontage is een zeer dynamisch en vloeiend proces dat zeer gespecialiseerde structurele en niet-structurele componenten omvat, waarvan de regulering onduidelijk blijft (Biswas, Hempel, Llano, Pendas, & Jessberger, 2016; Rog et al., 2017). In termen van evolutionair behoud is er een opvallende incongruentie tussen de hoge conservering van de structurele componenten en hun rangschikking tussen planten, insecten, wormen, gisten, vogels en zoogdieren, en de lage conservering van de onderliggende aminozuursequenties van de belangrijkste SC-eiwitten ( Casey, Daish, Barbero, & Grutzner, 2017; Fraune et al., 2016). Desondanks zijn bepaalde structurele motieven en secundaire structuren bewaard gebleven, zoals de coiled coil-domeinen van de CEs.
Interessant is dat SC-mutante muizen verschillen vertonen in het niveau van synaptische fouten die nodig zijn om een checkpoint-arrestatie en apoptose te induceren tussen de seksen (Bolcun-Filas et al., 2009; Yang et al., 2006). Verlies van Synaptonemal complex proteïne 2 (Sycp2) of 3 (Sycp3) bij mannen resulteert in een algemene vermindering van synapsis en verlies van spermatocyten bij pachytene door celdood, terwijl bij oöcyten deze strengheid bij het monitoren van paren wordt verminderd, wat resulteert in een hoge incidentie van segregatiefouten. en aneuploïdie (Yang et al., 2006; Yuan et al., 2002, 2000). Dit duidt op sekseverschillen in de belangrijkste meiotische checkpoint-routes die mogelijk verantwoordelijk zijn voor de waargenomen hogere frequentie van chromosomale fouten bij vrouwelijke gameten.
Hoewel de algemene structuur en rol van de SC in de meiotische chromosoomorganisatie sterk behouden is gebleven, zijn er significante variaties in het assemblageschema en afhankelijkheid van de activering van de DNA-dubbelstrengs breuk (DSB) -route voor synapsis. Een dergelijke diversiteit wordt getoond bij vrouwelijke D. melanogaster en C. elegans waar paren en synapsis onafhankelijk van recombinatie kunnen optreden, en bij mannelijke D. melanogaster die helemaal geen recombinatie heeft en ook bij S. pombe en A. nidulans die recombinatie-onafhankelijke en afhankelijke paren hebben. , die kunnen optreden bij afwezigheid van een SC (Bahler, Wyler, Loidl, & Kohli, 1993; Cahoon & Hawley, 2013; Egel-Mitani, Olson, & Egel, 1982; Rog & Dernburg, 2013). Drie opvallende voorbeelden met heteromorfe geslachtschromosomen benadrukken deze flexibiliteit en structurele aanpasbaarheid van de SC-kerneiwitten, één in buideldieren met een structuur die de dichte plaat wordt genoemd, één in vrouwelijke kippen met niet-homologe synapsis tijdens ZW-egalisatie, en één in mannelijke meiose van vogelbekdier met enorme opeenhopingen van een structurele cohesie (Casey et al., 2017).
Andere bronnen van variatie in de SC zijn onder meer talrijke post-translationele modificaties die nodig zijn voor een getrouwe orkestratie van SC-assemblage en demontage in de context van het DNA-schadepad activering, homologie zoeken en crossover-vorming. Dergelijke essentiële modificaties omvatten SUMOylering, acetylering en fosforylering en kunnen celcyclusregulatoren omvatten, zoals CDK1-CyclinB en polo-achtige kinasen (PLKs). Meer recentelijk heeft het 26S-proteasoom een rol aangetoond bij het paren van homologe sequenties in ontluikende gist (Ahuja et al., 2017; Rog et al., 2017).