Hromosomska segregacija

S Wikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na navigaciju Idi na pretragu

Hromosomska segregacija je proces u eukariota kojim se dvije formiraju sestrinske hromatide kao posljedica replikacije DNK, ili upareni homologni hromosomi, odvajaju jedni od drugog i migriraju na suprotne polove nukleusa. Ovaj proces segregacije dešava se i tokom mitoza i mejoza. Segregacija hromosoma se također javlja kod prokariota. Međutim, za razliku od eukariotske segregacije hromosoma, replikacija i segregacija nisu vremenski razdvojene. Umjesto toga, do segregacije dolazi progresivno nakon replikacije.[1]

Segregacija mtotskih hromatida[uredi | uredi izvor]

Mitoza dijeli hromosome u jedru.

Tokom mitoze segregacija hromosoma se rutinski javlja kao korak u diobi ćelije (vidi dijagram mitoze). Kao što je naznačeno u dijagramu, mitozi prethodi ciklus replikacije DNK, tako da svaki hromosom formira dvije kopije zvane [[hromatide]. ]Ove hromatide odvajaju se na suprotne polove, proces koji olakšava proteinski kompleks koji se naziva kohezin. Nakon pravilne segregacije, kompletan skup hromatida završava u svakpm od dva jedra, a kada je ćelijska dioba završena, svaka kopija DNK koja se ranije nazivala hromatidom sada se zove hromosom.

Mejotski hromosom i segregacija hromatida[uredi | uredi izvor]

Segregacija hromosoma dešava se u dvije odvojene faze tokom mejoze koje se nazivaju anafaza I i anafaza II (pogledajte dijagram mejoze). U diploidnoj ćeliji postoje dva skupa homolognih hromosoma različitog roditeljskog porijekla (npr. očinski i majčinski). Tokom faze mejoze označene kao "interfaza s" u dijagramu mejoze dolazi do kruga replikacija DNK, tako da je svaki od prvobitno prisutnih hromosoma sada sastavljen od dvije kopije zvane hromatide. Ovi hromosomi (uparene hromatide) se zatim uparuju sa homolognim hromosomom (također uparene hromatide) prisutnim u istom jedru (vidi profazu I u dijagramu mejoze). Proces poravnanja uparenih homolognih hromozoma naziva se sinapsa (vidi Sinapsa). Tokom sinapse obično dolazi do genetičke rekombinacije. Neki od događaja rekombinacije se dešavaju krosingoverom (uključujući fizičku razmjenu između dvije hromatide), ali većina rekombinacija uključuje razmjenu informacija, ali ne i fizičku razmjenu između dvije hromatide. Nakon rekombinacije, dolazi do segregacije hromosoma kao što je naznačeno fazama metafaze I i anafaze I u dijagramu mejoze.

Različiti hromosomski parovi segregiraju nezavisno jedan od drugog, što je proces koji se naziva nezavisno rekombiniranje nehomolognih hromozoma. Ovaj proces rezultira time da svai gamet obično sadrži mješavinu hromosoma oba izvorna roditelja.

Nepravilna hromosomska segregacija može dovesti do toga da aneuploidni gamet ima premalo ili previše hromosoma.

Druga faza u kojoj dolazi do segregacije tokom mejoze je prophaza II (vidi dijagram mejoze). Tokom ove faze, segregacija se dešava procesom sličnim onom tokom mitoze, osim što u ovom slučaju profazi II ne prethodi replikacija DNK. Tako se dvije hromatide koje se sastoje od svakog hromosoma razdvajaju u različite jedra, tako da svako jedro dobija jedan set hromatida (sada se nazivaju hromosomi) i svako jedro postaje uključeno u haploidne gamete. (pogledajte faze nakon profaze II u dijagramu mejoze). Ovaj proces segregacije je također olakšan kohezinoma. Neuspjeh pravilne segregacije tokom profaze II također može dovesti do aneuploidnih gameta. Aneuploidni gameti mogu biti podvrgnute oplodnji kako bi se formirale aneuploidni zigoti, a time i ozbiljne štetne posljedice za potomstvo.

Rekombinacije olakšavaju segregaciju, ali nisu bitne[uredi | uredi izvor]

Diagram mejotskih faza
Sadašnji model mejotske rekombinacije, iniciran prekidom ili prazninom dvostrukog lanca, nakon čega slijedi uparivanje sa homolognim hromozomom i invazija lanca radi pokretanja procesa rekombinacijske popravke. Popravak jaza može dovesti do krosingovera (CO) ili ne (NCO) bočnih regija. Smatra se da se rekombinacija CO javlja pomoću modela dvostrukog Hollidayevog spoja (DHJ), ilustrovanog na desnoj strani, iznad. Smatra se da se NCO rekombinante javljaju prvenstveno po fokusnom modelu ovisnom o lancima sinteze (SDSA), ilustrovanom na lijevoj strani, gore. Čini se da je većina događaja rekombinacije tipa SDSA.

Mejotska hromosomska krosingoverska (CO) rekombinacija olakšava pravilnu segregaciju homolognih hromosoma. To je zato što, na kraju mejotske profaze I, rekombinacija CO pruža fizičku vezu koja drži parove homolognih hromosoma zajedno. Ove veze uspostavljaju hijazme, koje su citološke manifestacije rekombinacije CO. Zajedno sa kohezinskom vezom između sestrinskih hromatida, rekombinacija CO može pomoći da se osigura uredna segregacija uparenih homolognih hromosoma na suprotne polove. U prilog tome, studija aneuploidije u pojedinačnim spermatozoidima sekvenciranjem cijelog genoma otkrila je da, u prosjeku, ljudski spermatozoidi s aneuploidnim autosomima pokazuju značajno manje rekombinacija od normalnih ćelija.[2] Nakon što je prva segregacija hromosoma u mejozi I završena, dolazi do dalje segregacije hromosoma tokom druge ekvacijske diobe mejoze II. I ispravna početna segregacija hromosoma u profazi I i sljedeća segregacija hromosoma tokom ekvacijske diobe u mejozi II potrebne su da bi se stvorile gamete s tačnim brojem hromosoma.

CO rekombinanti se proizvode procesom koji uključuje formiranje i razdvajanje intermedijara Hollidayevog spoja. Kao što je prikazano na slici pod naslovom "sadašnji model mejotičke rekombinacije", formiranje mejotskih rekombinacija može biti pokrenuto dvolančaniom prekidom (DSB). Uvođenje DSB-a u DNK često koristi protein sličan topoizomerazi SPO11.[3] Rekombinacija CO-om može također biti pokrenuta vanjskim izvorima oštećenja DNK kao što su X-zračenje,[4] ili umutrašni izvori.[5][6]

Postoje dokazi da rekombinacija CO olakšava segregaciju mejotskih hromozoma.[2] Druge studije, međutim, pokazuju da hijazmene, iako podržava, nisu od suštinskog značaja za mejotsku segregaciju hromosoma. Pupajući kvasac Saccharomyces cerevisiae je modelni organizam koji se koristi za proučavanje mejotske rekombinacije. Mutanti S. cerevisiae defektni u rekombinaciji CO na nivou rezolucije Hollidayevog spoja utvrđeno je da se efikasno podvrgavaju pravilnoj segregaciji hromosoma. Put koji proizvodi većinu CO u S. cerevisiae, a moguće i kod [[sisar[]]a, obuhvata proteinski kompleks uključujući MLH1-MLH3 heterodimer (zvani MutL gama).[7] MLH1-MLH3 preferencijski veže Hollidayerve dspojnice.[8] To je endonukleaza koja pravi jednolančane lomove u superspiralnoj dvolančanoj DNK,[8][9] i podstiče stvaranje CO rekombinanata.[10] Deletirani dvostruki mutanti i za MLH3 (glavni put) i MMS4 (koji je neophodan za manji put rezolucije Hollidayeve spojnice) pokazali su dramatično smanjeno ukrštanje u poređenju sa divljim tipom (smanjenje od šestdo 17 puta); međutim, vitalnost spora bila je prilično visoka (62%) i hromosomska disjunkcija je izgledala uglavnom funkcionalna.[10]

MSH4 i MSH5 proteini formiraju hetero-oligomernu strukturu (heterodimer) u S. cerevisiae i ljudi.[11][11][12][13] MSH4/MSH5 kompleks veže i stabilizuje dvostruke Hollidayeve spojeve i promoviše njihovu rezoluciju u krosingoverske proizvode. MSH4 hipomorfni (djelimično funkcionalni) mutant S. cerevisiae pokazao je smanjenje broja rekombinacija u cijelom genomu za 30% i veliki broj mejoza s hromosomima koji se ne mijenjaju.[14] Ipak, ovaj mutant je doveo do obrazaca održivosti spora koji sugeriraju da se segregacija hromosoma koji se ne mijenjaju efikasno odvijala.[14] Stoga se čini da rekombinacija CO olakšava pravilnu segregaciju hromosoma tokom mejoze u S. cerevisiae, ali nije bitna.

Fisijski kvasac Schizosaccharomyces pombe ima sposobnost da segregira homologne hromosome u odsustvu mejotske rekombinacije (ahijazmatska segregacija).[15] Ova sposobnost zavisi od dineina,, motora mikrotubula koji regulira kretanje hromosoma do polova mejotskog vretena.

Također pogledajte[uredi | uredi izvor]

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ Nielsen, H. J.; Youngren, B.; Hansen, F. G.; Austin, S. (1. 12. 2007). "Dynamics of Escherichia coli Chromosome Segregation during Multifork Replication". Journal of Bacteriology (jezik: engleski). 189 (23): 8660–8666. doi:10.1128/JB.01212-07. ISSN 0021-9193. PMC 2168957. PMID 17905986.
  2. ^ a b Lu S, Zong C, Fan W, Yang M, Li J, Chapman AR, Zhu P, Hu X, Xu L, Yan L, Bai F, Qiao J, Tang F, Li R, Xie XS (2012). "Probing meiotic recombination and aneuploidy of single sperm cells by whole-genome sequencing". Science. 338 (6114): 1627–30. Bibcode:2012Sci...338.1627L. doi:10.1126/science.1229112. PMC 3590491. PMID 23258895.
  3. ^ Sansam CL, Pezza RJ (2015). "Connecting by breaking and repairing: mechanisms of DNA strand exchange in meiotic recombination". FEBS J. ]]. 282 (13): 2444–57. doi:10.1111/febs.13317. PMC 4573575. PMID 25953379.
  4. ^ Dernburg AF, McDonald K, Moulder G, Barstead R, Dresser M, Villeneuve AM (1998). "Meiotic recombination in C. elegans initiates by a conserved mechanism and is dispensable for homologous chromosome synapsis". Cell. 94 (3): 387–98. doi:10.1016/s0092-8674(00)81481-6. PMID 9708740. S2CID 10198891.
  5. ^ Farah JA, Cromie G, Davis L, Steiner WW, Smith GR (2005). "Activation of an alternative, rec12 (spo11)-independent pathway of fission yeast meiotic recombination in the absence of a DNA flap endonuclease". Genetics. 171 (4): 1499–511. doi:10.1534/genetics.105.046821. PMC 1456079. PMID 16118186.
  6. ^ Pauklin S, Burkert JS, Martin J, Osman F, Weller S, Boulton SJ, Whitby MC, Petersen-Mahrt SK (2009). "Alternative induction of meiotic recombination from single-base lesions of DNA deaminases". Genetics. 182 (1): 41–54. doi:10.1534/genetics.109.101683. PMC 2674839. PMID 19237686.
  7. ^ Zakharyevich K, Tang S, Ma Y, Hunter N (2012). "Delineation of joint molecule resolution pathways in meiosis identifies a crossover-specific resolvase". Cell. 149 (2): 334–47. doi:10.1016/j.cell.2012.03.023. PMC 3377385. PMID 22500800.
  8. ^ a b Ranjha L, Anand R, Cejka P (2014). "The Saccharomyces cerevisiae Mlh1-Mlh3 heterodimer is an endonuclease that preferentially binds to Holliday junctions". J. Biol. Chem. 289 (9): 5674–86. doi:10.1074/jbc.M113.533810. PMC 3937642. PMID 24443562.
  9. ^ Rogacheva MV, Manhart CM, Chen C, Guarne A, Surtees J, Alani E (2014). "Mlh1-Mlh3, a meiotic crossover and DNA mismatch repair factor, is a Msh2-Msh3-stimulated endonuclease". J. Biol. Chem. 289 (9): 5664–73. doi:10.1074/jbc.M113.534644. PMC 3937641. PMID 24403070.
  10. ^ a b Sonntag Brown M, Lim E, Chen C, Nishant KT, Alani E (2013). "Genetic analysis of mlh3 mutations reveals interactions between crossover promoting factors during meiosis in baker's yeast". G3: Genes, Genomes, Genetics. 3 (1): 9–22. doi:10.1534/g3.112.004622. PMC 3538346. PMID 23316435.
  11. ^ a b Pochart P, Woltering D, Hollingsworth NM (1997). "Conserved properties between functionally distinct MutS homologs in yeast". J. Biol. Chem. 272 (48): 30345–9. doi:10.1074/jbc.272.48.30345. PMID 9374523.
  12. ^ Winand NJ, Panzer JA, Kolodner RD (1998). "Cloning and characterization of the human and Caenorhabditis elegans homologs of the Saccharomyces cerevisiae MSH5 gene". Genomics. 53 (1): 69–80. doi:10.1006/geno.1998.5447. PMID 9787078.
  13. ^ Bocker T, Barusevicius A, Snowden T, Rasio D, Guerrette S, Robbins D, Schmidt C, Burczak J, Croce CM, Copeland T, Kovatich AJ, Fishel R (1999). "hMSH5: a human MutS homologue that forms a novel heterodimer with hMSH4 and is expressed during spermatogenesis". Cancer Res. 59 (4): 816–22. PMID 10029069.
  14. ^ a b Krishnaprasad GN, Anand MT, Lin G, Tekkedil MM, Steinmetz LM, Nishant KT (2015). "Variation in crossover frequencies perturb crossover assurance without affecting meiotic chromosome segregation in Saccharomyces cerevisiae". Genetics. 199 (2): 399–412. doi:10.1534/genetics.114.172320. PMC 4317650. PMID 25467183.
  15. ^ Davis L, Smith GR (2005). "Dynein promotes achiasmate segregation in Schizosaccharomyces pombe". Genetics. 170 (2): 581–90. doi:10.1534/genetics.104.040253. PMC 1450395. PMID 15802518.