3 Amico o nemico: accoppiamento e sinapsi di cromosomi sessuali eteromorfi
Laccoppiamento e la ricombinazione dei cromosomi meiotici sono eventi chiave che garantiscono una riproduzione sessuale di successo. Una volta stabilito lantagonismo sessuale sui cromosomi proto-sessuali, questi meccanismi sono controproducenti per la funzione dei cromosomi sessuali. Daltra parte, laccoppiamento cromosomico è anche essenziale per la segregazione in anafase meiotica I.Il complesso sinaptonemico (SC) è una struttura altamente ordinata e complessa assemblata nella profase I. Serve a mediare e mantenere il processo di accoppiamento tra sequenze omologhe fino al crossover ( COs) o chiasmata sono stabiliti e la fase diplotenica è iniziata in preparazione per la metafase I e la segregazione. Poiché la SC è intimamente collegata al processo di ricombinazione, risoluzione DSB e, più recentemente, interferenza CO e distribuzione del macchinario CO, le mutazioni nei componenti principali hanno un impatto negativo sulla produzione di gameti e sulla fertilità (Libuda, Uzawa, Meyer, & Villeneuve, 2013; Rog, Kohler, & Dernburg, 2017).
La disposizione grossolana della SC è una struttura tripartita che collega il assi cromosomici e composto da (1) elementi assiali (AE) che sono chiamati elementi laterali (LE) dopo lassemblaggio SC, (2) filamenti trasversali (TF) che sono legati agli LE e (3) gli elementi centrali (CE) che servono per collegare le TF e completare lassemblaggio SC. Lassemblaggio, la manutenzione e lo smontaggio di SC è un processo altamente dinamico e fluido che comprende componenti strutturali e non strutturali altamente specializzati, la cui regolamentazione rimane poco chiara (Biswas, Hempel, Llano, Pendas, & Jessberger, 2016; Rog et al., 2017). In termini di conservazione evolutiva cè una sorprendente incongruenza tra lelevata conservazione dei componenti strutturali e le loro disposizioni tra piante, insetti, vermi, lieviti, uccelli e mammiferi, e la bassa conservazione delle sequenze amminoacidiche sottostanti delle proteine SC chiave ( Casey, Daish, Barbero, & Grutzner, 2017; Fraune et al., 2016). Nonostante ciò, alcuni motivi strutturali e strutture secondarie sono conservati, come i domini a spirale a spirale degli EC.
È interessante notare che i topi mutanti SC rivelano differenze nel livello di errori sinaptici necessari per indurre un arresto di checkpoint e apoptosi tra i sessi (Bolcun-Filas et al., 2009; Yang et al., 2006). La perdita della proteina del complesso sinaptonemico 2 (Sycp2) o 3 (Sycp3) nei maschi determina una riduzione generale della sinapsi e della perdita di spermatociti a pachitene per morte cellulare, mentre negli ovociti questo rigore nel monitoraggio dellaccoppiamento è ridotto, con conseguente elevata incidenza di errori di segregazione e aneuploidia (Yang et al., 2006; Yuan et al., 2002, 2000). Ciò indica differenze di sesso nelle principali vie del punto di controllo meiotico che possono spiegare la maggiore frequenza osservata di errori cromosomici nei gameti femminili.
Sebbene la struttura generale e il ruolo del SC nellorganizzazione dei cromosomi meiotici siano altamente conservati, ci sono significativi variazioni nel programma di assemblaggio e dipendenza dallattivazione del percorso del DNA double strand break (DSB) per la sinapsi. Tale diversità è mostrata nelle femmine di D. melanogaster e C. elegans dove accoppiamento e sinapsi possono verificarsi indipendentemente dalla ricombinazione, e nel maschio di D. melanogaster che manca del tutto di ricombinazione e anche in S. pombe e A. nidulans che hanno accoppiamento indipendente e dipendente dalla ricombinazione , rispettivamente, che può verificarsi in assenza di SC (Bahler, Wyler, Loidl, & Kohli, 1993; Cahoon & Hawley, 2013; Egel-Mitani, Olson, & Egel, 1982; Rog & Dernburg, 2013). Tre esempi eclatanti che coinvolgono cromosomi sessuali eteromorfi evidenziano questa flessibilità e adattabilità strutturale delle proteine core SC, uno nei marsupiali che coinvolgono una struttura chiamata piastra densa, uno nella femmina di pollo che coinvolge sinapsi non omologa durante lequalizzazione ZW e un altro nella meiosi maschile con ornitorinco massicci accumuli di una coesina strutturale (Casey et al., 2017).
Altre fonti di variazione nella SC includono numerose modifiche post-traslazionali necessarie per una fedele orchestrazione dellassemblaggio e del disassemblaggio di SC nel contesto del percorso del danno al DNA attivazione, ricerca di omologia e formazione di crossover. Tali modifiche essenziali includono SUMOilazione, acetilazione e fosforilazione e possono coinvolgere regolatori del ciclo cellulare come CDK1-CyclinB e chinasi simili a polo (PLK). Più recentemente il proteasoma 26S ha dimostrato ruoli nellaccoppiamento di sequenze omologhe nel lievito in erba (Ahuja et al., 2017; Rog et al., 2017).