3 Amigo ou inimigo: emparelhamento e sinapses de cromossomos sexuais heteromórficos
O emparelhamento e recombinação de cromossomos meióticos são eventos chave para garantir uma reprodução sexual bem-sucedida. Uma vez que o antagonismo sexual é estabelecido nos cromossomos proto-sexuais, esses mecanismos são contraproducentes para a função dos cromossomos sexuais. Por outro lado, o emparelhamento cromossômico também é essencial para a segregação na anáfase meiótica I. O complexo sinaptonemal (SC) é uma estrutura altamente ordenada e complexa montada na prófase I. Ela serve para mediar e manter o processo de emparelhamento entre sequências homólogas até cruzamentos ( COs) ou quiasmas são estabelecidos e o estágio de diploteno começou na preparação para a metáfase I e segregação. Como o SC está intimamente ligado ao processo de recombinação, resolução DSB e, mais recentemente, interferência de CO e distribuição de maquinário de CO, as mutações nos componentes do núcleo afetam negativamente a produção de gametas e a fertilidade (Libuda, Uzawa, Meyer, & Villeneuve, 2013; Rog, Kohler, & Dernburg, 2017).
O arranjo bruto do SC é uma estrutura tripartida ligando os eixos cromossômicos e compostos por (1) elementos axiais (AE) que são denominados elementos laterais (LEs) após a montagem SC, (2) filamentos transversais (TFs) que são amarrados aos LEs e (3) os elementos centrais (CEs) que servem para ligar os TFs e a montagem completa do SC. A montagem, manutenção e desmontagem de SC é um processo altamente dinâmico e fluido que compreende componentes estruturais e não estruturais altamente especializados, cuja regulação permanece obscura (Biswas, Hempel, Llano, Pendas, & Jessberger, 2016; Rog et al., 2017). Em termos de conservação evolutiva, há uma notável incongruência entre a alta conservação dos componentes estruturais e seus arranjos entre plantas, insetos, vermes, leveduras, pássaros e mamíferos, e a baixa conservação das sequências de aminoácidos subjacentes das proteínas SC chave ( Casey, Daish, Barbero, & Grutzner, 2017; Fraune et al., 2016). Apesar disso, certos motivos estruturais e estruturas secundárias são conservados, como os domínios da bobina enrolada dos CEs.
Curiosamente, camundongos mutantes SC revelam diferenças no nível de erros sinápticos necessários para induzir uma parada de checkpoint e apoptose entre os sexos (Bolcun-Filas et al., 2009; Yang et al., 2006). A perda da proteína do complexo sinaptonemal 2 (Sycp2) ou 3 (Sycp3) em homens resulta em reduções gerais na sinapsis e na perda de espermatócitos no paquiteno por morte celular, enquanto nos oócitos esse rigor no monitoramento de emparelhamento é reduzido, resultando em uma alta incidência de erros de segregação e aneuploidia (Yang et al., 2006; Yuan et al., 2002, 2000). Isso indica diferenças sexuais nas vias de controle meiótico central que podem ser responsáveis pela maior frequência observada de erros cromossômicos em gametas femininos.
Embora a estrutura geral e o papel do SC na organização dos cromossomos meióticos sejam altamente conservados, há variações no cronograma de montagem e dependência da ativação da via de quebra de dupla fita (DSB) do DNA para sinapses. Essa diversidade é mostrada em fêmeas de D. melanogaster e C. elegans onde o emparelhamento e sinapsis podem ocorrer independentemente da recombinação, e em D. melanogaster masculino que não possui recombinação totalmente e também em S. pombe e A. nidulans que têm emparelhamento dependente e independente de recombinação , respectivamente, o que pode ocorrer na ausência de um SC (Bahler, Wyler, Loidl, & Kohli, 1993; Cahoon & Hawley, 2013; Egel-Mitani, Olson, & Egel, 1982; Rog & Dernburg, 2013). Três exemplos marcantes envolvendo cromossomos sexuais heteromórficos destacam esta flexibilidade e adaptabilidade estrutural das proteínas centrais SC, um em marsupiais envolvendo uma estrutura chamada placa densa, um em uma galinha fêmea envolvendo sinapses não homólogas durante a equalização ZW e outro em ornitorrincos envolvendo meiose masculina acúmulos massivos de uma coesina estrutural (Casey et al., 2017).
Outras fontes de variação no SC incluem inúmeras modificações pós-translacionais necessárias para a orquestração fiel da montagem e desmontagem do SC no contexto da via de danos ao DNA ativação, busca de homologia e formação de crossover. Essas modificações essenciais incluem SUMOilação, acetilação e fosforilação e podem envolver reguladores do ciclo celular, como CDK1-CyclinB e quinases semelhantes a polo (PLKs). Mais recentemente, o proteassoma 26S demonstrou papéis no emparelhamento de sequências homólogas em leveduras de brotamento (Ahuja et al., 2017; Rog et al., 2017).