3 Vän eller fiende: Parning och synaps av heteromorfa sexkromosomer
Meiotisk kromosomparning och rekombination är viktiga händelser som säkerställer framgångsrik sexuell reproduktion. När sexuell antagonism har fastställts på proto-sex-kromosomerna är dessa mekanismer kontraproduktiva för könskromosomfunktionen. Å andra sidan är kromosomparning också väsentligt för segregering vid meiotisk anafas I. Synaptonemal-komplexet (SC) är en högt ordnad och komplex struktur sammansatt i profas I. Det tjänar till att förmedla och upprätthålla parningsprocessen mellan homologa sekvenser tills korsningar ( COs) eller chiasmata upprättas och diplotenstadiet har börjat som förberedelse för metafas I och segregering. Eftersom SC är nära kopplat till processen för rekombination, DSB-upplösning och mer nyligen CO-störning och CO-maskinfördelning, påverkar mutationer i kärnkomponenterna könsproduktion och fertilitet negativt (Libuda, Uzawa, Meyer, & Villeneuve, 2013; Rog, Kohler, & Dernburg, 2017).
SC: s bruttoarrangemang är en trepartsstruktur som överbryggar den inriktade kromosomaxlar och sammansatta av (1) axiella element (AE) som benämns laterala element (LE) efter SC-montering, (2) tvärgående trådar (TF) som är bundna till LE och (3) de centrala elementen (CE) tjänar till att länka TF och slutföra SC-montering. SC-montering, underhåll och demontering är en mycket dynamisk och flytande process som består av högt specialiserade strukturella och icke-strukturella komponenter, vars reglering förblir oklar (Biswas, Hempel, Llano, Pendas, & Jessberger, 2016; Rog et al., 2017). När det gäller evolutionär bevarande finns en slående inkongruens mellan den höga bevarande av strukturella komponenter och deras arrangemang bland växter, insekter, maskar, jäst, fåglar och däggdjur, och den låga bevarandet av de underliggande aminosyrasekvenserna för de viktigaste SC-proteinerna ( Casey, Daish, Barbero, & Grutzner, 2017; Fraune et al., 2016). Trots detta bevaras vissa strukturmotiv och sekundära strukturer, såsom CE-rullarnas lindade domäner.
Intressant är att SC-mutanta möss avslöjar skillnader i nivån av synaptiska fel som krävs för att inducera en kontrollpunktstopp och apoptos mellan könen (Bolcun-Filas et al., 2009; Yang et al., 2006). Förlust av Synaptonemal-komplexprotein 2 (Sycp2) eller 3 (Sycp3) hos män resulterar i generell minskning av synaps och spermatocytförlust vid pachyten genom celldöd, medan i oocyter reduceras denna stränghet i parningsövervakning, vilket resulterar i en hög förekomst av segregationsfel och aneuploidi (Yang et al., 2006; Yuan et al., 2002, 2000). Detta indikerar könsskillnader i meiotiska kontrollpunktsvägar som kan redogöra för den observerade högre frekvensen av kromosomfel hos kvinnliga könsceller.
Även om SC: s allmänna struktur och roll i meiotisk kromosomorganisation är mycket bevarad finns det betydande variationer i monteringsschemat och beroendet av aktivering av DNA-dubbelsträngsbrott (DSB) för synaps. Sådan mångfald visas i kvinnliga D. melanogaster och C. elegans där parning och synaps kan förekomma oberoende av rekombination, och hos man D. melanogaster som helt saknar rekombination och även i S. pombe och A. nidulans som har rekombinationsoberoende och beroende parning , vilket kan förekomma i frånvaro av en SC (Bahler, Wyler, Loidl, & Kohli, 1993; Cahoon & Hawley, 2013; Egel-Mitani, Olson, & Egel, 1982; Rog & Dernburg, 2013). Tre slående exempel som involverar heteromorfa könskromosomer belyser denna flexibilitet och strukturella anpassningsförmåga hos SC-kärnproteinerna, en i pungdjur som involverar en struktur som kallas den täta plattan, en hos kvinnlig kyckling som involverar icke-homolog synaps under ZW-utjämning, och en annan i platypus-meios med massiva ackumuleringar av en strukturell kohesin (Casey et al., 2017).
Andra variationskällor i SC inkluderar många efter translationella modifieringar som är nödvändiga för en trogen orkestrering av SC-montering och demontering i samband med DNA-skada vägen aktivering, homologisökning och crossover-bildning. Sådana väsentliga modifieringar inkluderar SUMOylering, acetylering och fosforylering och kan involvera cellcykelregulatorer såsom CDK1-CyclinB och polo-liknande kinaser (PLKs). Mer nyligen har 26S-proteasomet visat roller i parning av homologa sekvenser i spirande jäst (Ahuja et al., 2017; Rog et al., 2017).