Meioottisen rekombinaation tarkistuspiste tarkkailee meioottista rekombinaatiota meioosin aikana ja estää pääsyn metafaasiin I , jos rekombinaatiota ei käsitellä tehokkaasti.
Meioosin solusyklin säätely etenee samalla tavalla kuin mitoosin säätely . Kuten mitoottisessa syklissä, näitä siirtymiä säätelevät erilaisten geenisäätelytekijöiden, sykliini-Cdk- kompleksin ja anafaasia edistävän kompleksin (APC) yhdistelmät [1] . Ensimmäinen suuri säätelymuutos tapahtuu G1 :n lopussa , kun Ime1 aktivoi meioottisen syklin alun Cln3/Cdk1:n sijaan mitoosissa. Toinen suuri siirtymä tapahtuu siirtyessä metafaasiin I. Tämän vaiheen päätarkoituksena on varmistaa, että DNA:n replikaatio on suoritettu loppuun ilman virheitä, jotta karan napakappaleet voivat erota. Tämän tapahtuman laukaisee M-Cdk:n aktivaatio myöhäisessä profaasissa I. Karan kokoonpanon tarkistuspiste tutkii sitten mikrotubulusten kiinnittymistä kinetokoreihin , minkä jälkeen APC Cdc20 aloittaa metafaasin I. Spesifinen kromosomien erottuminen meioosissa, homologinen kromosomien erotus meioosissa I ja kromatidierotus meioosissa II vaativat spesifistä jännitystä homologisten kromatidien ja ei-homologisten kromatidien välillä mikrotubulusten kiinnittymisen erottamiseksi ja riippuvat ohjelmoidusta DNA:n kaksoisjuosteen katkeamisesta (DSB) ja korjauksesta. Profaasissa I. Siksi meioottisen rekombinaation tarkistuspiste voi olla eräänlainen vaste DNA-vauriolle tietyllä hetkellä. Toisaalta meioottisen rekombinaation tarkistuspiste varmistaa myös, että meioottinen rekombinaatio todella tapahtuu jokaisessa homologiparissa.
M-Cdk:n äkillinen puhkeaminen myöhäisessä profaasissa I riippuu transkription säätelyn positiivisesta takaisinkytkentäsilmukasta, joka koostuu Ime2:sta, Ndt80:stä ja Cdk/sykliini-kompleksista. M-Cdk-aktivointia ohjaa kuitenkin yhteinen Wee1 / Cdc25- fosforylaatiokytkin . Wee1-aktiivisuus on korkea varhaisessa profaasissa I, ja Cdc25:n kerääntyminen aktivoi M-Cdk:n suoraan fosforyloimalla ja merkitsemällä Wee1:n hajoamista varten. Meioottinen rekombinaatio voi alkaa kaksijuosteisen katkeamisen seurauksena, joko Spo11:n [2] tai muiden endogeenisten tai eksogeenisten DNA-vaurion syiden indusoimana. Nämä DNA-katkot on korjattava ennen metafaasia I, ja nämä DSB:t on korjattava ennen metafaasia I. Solut kontrolloivat näitä DSB: itä ATM -reitin kautta , jossa Cdc25:n säätely alaspäin, kun DSB-vaurio havaitaan. Tämä reitti on analoginen klassisen DNA-vauriovasteen kanssa, ja se on osa, jonka tunnemme parhaiten meioottisen rekombinaation tarkistuspisteessä.
DSB-riippumaton reitti löydettiin, kun ihmiset tutkivat spo11-mutanttisoluja joissakin lajeissa ja havaitsivat, että nämä Spo11- solut eivät voi prosessoida metafaasiin I edes ilman DSB:tä [3] . Näiden DSB:iden suora tarkoitus on auttaa kromosomien kondensaatiossa. Vaikka homologien alkuperäinen sitoutuminen varhaisessa leptoteenissa on yksinkertaisesti satunnaisia vuorovaikutuksia, edelleen eteneminen presynaptiseen kohdistukseen riippuu kaksijuosteisten katkeamien ja yksijuosteisten siirtokompleksien muodostumisesta [1] [4] . Siksi Spo11-solujen synapsoitumattomat kromosomit voivat olla tarkistuspisteen kohteena. AAA-adenosiinitrifosfataasilla (AAA-ATPaasilla) on havaittu olevan tärkeä rooli tässä reitissä [5] , mutta mekanismi ei ole vielä selvä. Jotkut muut tutkimukset ovat myös kiinnittäneet huomiota sukupuolikappaleiden muodostumiseen, ja signalointi voi olla joko rakenteellista tai transkriptionaalista säätelyä, kuten sukupuolikromosomien meioottista inaktivointia [6] [7] . Tässä kaskadissa synapsien häiriö ylläpitää sukupuolikromosomien geenien ilmentymistä, ja tietyt ruoat voivat estää solusyklin etenemistä. Meioottisen sukupuolikromosomin inaktivoitumista tapahtuu vain miehillä, mikä saattaa osittain olla syynä siihen, miksi vain Spo11-mutanttispermatosyytit, mutta eivät munasolut, eivät pääse siirtymään profaasista I metafaasiin I [3] [8] . Asynapsia ei kuitenkaan tapahdu vain sukupuolikromosomeissa, ja tällainen transkription säätely keskeytettiin, kunnes se levisi kaikkiin kromosomeihin ei-synapsoituneen kromatiinin meioottisen hiljaisuuden muodossa [9] , mutta efektorigeeniä ei ole vielä löydetty.
MacQueen ja Hochwagen [10] sekä Subramanian [11] Hochwagen ovat arvioineet keskeisen roolin ihmisen ja hiiren CHEK1 :n ja CHEK2 :n ja niiden ortologien meioosissa Saccharomyces cerevisiaessa , Caenorhabditis elegansissa , Schizosaccharomyces pombessa ja Drosophilassa . Ihmisten ja hiirten meioottisen rekombinaation aikana CHEK1 -proteiinikinaasi on tärkeä integroitaessa DNA-vaurion korjaamista solusyklin pysäyttämiseen [12] . CHEK1 ekspressoituu kiveksessä ja liittyy meioottisiin synaptoneemisiin komplekseihin zygonema- ja pakyneema -vaiheissa [12] . CHEK1 toimii luultavasti myös ATM- ja ATR -signaalien integraattorina meioottisen rekombinaation seurannassa [12] . Hiiren oosyyteissä CHEK1 näyttää tarvittavan I-profaasin pysäyttämiseen ja toimintaan G2/M-tarkastuspisteessä [13] .
CHEK2 säätelee solusyklin kulkua ja karan kokoonpanoa hiiren munasolujen kypsymisen ja varhaisen alkionkehityksen aikana [14] . Vaikka CHEK2 on alavirran ATM -kinaasiefektori , joka reagoi ensisijaisesti kaksisäikeisten katkeamiseen, sen voi aktivoida myös ATR -kinaasi (ataksia-telangiektasia ja Rad3), joka reagoi ensisijaisesti yksijuosteisten katkeamiseen. Hiirillä CHEK2:ta vaaditaan DNA-vaurion tarkkailemiseksi naaraiden meioosissa . Oosyyttivaste DNA: n kaksijuosteisen katkeamisen aiheuttamaan vaurioon sisältää hierarkian reittejä, joissa ATR-kinaasi välittää CHEK2-signaalin, joka sitten aktivoi p53- ja p63-proteiineja [15] .
Hedelmäkärpäsessä Drosophilassa ituradan solujen säteilytys aiheuttaa kaksijuosteisia katkoksia, jotka johtavat solusyklin pysähtymiseen ja apoptoosiin . Drosophila mnk CHEK2 -ortologi ja p53 dp53 -ortologi tarvitaan suureen osaan varhaisessa oogeneesissä havaitusta solukuolemasta , kun munasolujen valinta ja meioottinen rekombinaatio tapahtuu [16] .
Ndt80 on meioosispesifinen transkriptiotekijä, jota tarvitaan meioosin ja itiöiden muodostumisen onnistuneeseen loppuun saattamiseen [17] . Proteiini tunnistaa ja sitoutuu keski-itiöelementtiin (MSE) 5'-C[AG]CAAA[AT]-3' meioosiin ja itiöimiseen tarvittavien vaihespesifisten geenien promoottorialueella [17] [18] [ 19] . Ndt80:n DNA:ta sitova domeeni on eristetty, ja sen rakenne osoittaa, että tämä proteiini on transkriptiotekijöiden Ig-kertaisen perheen jäsen [20] . Ndt80 kilpailee myös SUM1-repressorin kanssa sitoutumisesta MSE:tä sisältäviin promoottoreihin [21] .
Kun mutaatio inaktivoi Ndt80:n orastavassa hiivassa, meioottisissa soluissa on pitkä viive myöhäisessä pakyteenissa, joka on profaasin kolmas vaihe [22] . Soluissa on ehjiä synaptonemaalisia komplekseja, mutta lopulta ne pysähtyvät diffuusi kromatiinivaiheeseen pakyteenin jälkeen. Tämä tarkistuspistevälitteinen sammutus estää myöhempien tapahtumien esiintymisen ennen kuin aikaisemmat tapahtumat on saatu onnistuneesti päätökseen ja estää kromosomien väärinryhmittymistä [23] [24] .
NDt80 on kriittinen profaasin loppuunsaattamiselle ja meioosiin 1 pääsemiselle, koska se stimuloi suuren määrän keski-meioosin geenien ilmentymistä. Ndt80:tä säätelevät transkription ja translaation jälkeiset mekanismit (eli fosforylaatio).
Vuorovaikutus Clb1:n kanssaNdt80 stimuloi B-tyypin sykliinin Clb-1 ilmentymistä, joka vuorovaikuttaa voimakkaasti Cdk1:n kanssa meioottisten jakautumisten aikana [25] . Clb-1:n ja Cdk1:n aktiivisilla komplekseilla on tärkeä rooli ensimmäisen meioottisen jakautumisen tapahtumien laukaisemisessa, ja niiden aktiivisuus rajoittuu meioosiin 1 [26] .
Vuorovaikutus Ime2:n kanssaNdt80 stimuloi itsensä ilmentymistä ja proteiinikinaasi Ime2:n ilmentymistä, mikä puolestaan stimuloi Ndt80:tä edelleen. Tämä lisääntynyt Ndt80-proteiinin määrä tehostaa edelleen kohdegeenien transkriptiota [24] . Meioosin 1 alussa Ime2-aktiivisuus lisääntyy ja sitä tarvitaan Ndt80:n normaaliin kertymiseen ja aktiivisuuteen. Jos Ndt80 kuitenkin ilmentyy ennenaikaisesti, se kerääntyy aluksi muuttamattomassa muodossaan. Ime2 voi sitten toimia myös meioosispesifisenä kinaasina, joka fosforyloi Ndt80:tä, mikä johtaa täysin aktivoituun Ndt80:een [27] .
Plk lausekeNdt80 stimuloi sukupuolen kaltaista kinaasia, Plk, koodaavan geenin ilmentymistä. Tämä proteiini aktivoituu myöhäisessä pakyteenissa ja sitä tarvitaan crossover-muodostukseen ja kromosomien käsivarren koheesion osittaiseen menettämiseen. Plk on myös välttämätön ja riittävä laukaisemaan poistumisen pakypisteistä [28] [29] .
RekombinaatiomalliMeioottisen rekombinaation tarkistuspiste toimii vasteena meioottisen rekombinaation ja kromosomaalisten synapsien puutteille, mikä mahdollisesti estää soluja pääsemästä meioottiseen jakautumiseen [30] . Koska rekombinaation käynnistävät kaksijuosteiset katkokset (DSB:t) tietyillä genomin alueilla, meioosiin 1 pääsyä on lykättävä, kunnes DSB:t on korjattu [31] . Meioosispesifisellä kinaasilla Mek1 on tässä tärkeä rooli, ja Mek1:n on hiljattain havaittu pystyvän fosforyloimaan Ndt80:tä IME2:sta riippumatta. Tämä fosforylaatio on kuitenkin inhiboivaa ja estää Ndt80:tä sitoutumasta MSE:hen DSB:n läsnä ollessa [32] .
Heterokaryonista yhteensopimattomuutta (HI) on verrattu sieni-immuunijärjestelmään [33] ; tämä on ei-itsentunnistusmekanismi, joka on läsnä kaikkialla Sienikunnan Asomycota-heimon rihmamaisten edustajien keskuudessa [34] . Vib-1 on Ndt80:n homologi Neurospora crassassa ja vaaditaan HI:lle tässä lajissa. Mutaatioiden vib1-lokuksessa on havaittu estävän vieraan tunnistamista, ja VIB-1:tä tarvitaan alavirran HI:hen liittyvien efektorien, kuten solunulkoisten proteaasien, tuotantoon [35] [36] .
Naisen seksuaalinen kehitysTutkimukset ovat osoittaneet, että Ndt80-homologit vaikuttavat myös naisten seksuaaliseen kehitykseen muissa sienilajeissa kuin laajemmin tutkitussa Saccharomyces cerevisiaessa [35] [37] . Mutaatioiden vib-1:ssä on havaittu vaikuttavan naaraspuolisten lisääntymisrakenteiden ajoitukseen ja kehitykseen ennen hedelmöitystä [37] .
Vaikka Ndt80:n DNA:ta sitovaa domeenia löytyy yleisesti hiivasta ja muista sienistä, se on homologinen useiden korkeampien eukaryoottisten proteiinien kanssa, ja sitoutumiseen käytetyt tähteet ovat erittäin konservoituneita. Ihmisillä Ndt80-homologi C11orf9 ilmentyy voimakkaasti invasiivisissa tai metastaattisissa kasvainsoluissa, mikä viittaa mahdolliseen käyttöön kohdemolekyylinä syövän hoidossa [38] . Viime vuosina tähän suuntaan on kuitenkin edistytty vain vähän.
| solusykli | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Vaiheet |
| ||||||||||
| Sääntelyviranomaiset |
| ||||||||||