Em formação

Irmãs cromátides durante a meiose


Irmã cromátides

$ A) $ Cruzamento durante a prófase I da meiose

$ B) $ separado durante a primeira divisão mitótica

$ C) $ são produzidos durante a fase $ S $ entre as divisões de células

$ D) $ cross over durante a prófase II da meiose

$ E) $ também são chamados de cromossomos homólogos

Meus pensamentos:

  • $ A $ está incorreto porque é não irmã cromátides que se cruzam
  • $ B $ está incorreto porque eles se separam durante o segundo divisão mitótica
  • Não sei sobre a escolha $ C $
  • $ D $ está incorreto porque não há cruzamento durante a Meiose II
  • $ E $ está incorreto porque bem ... não é verdade

Então, a resposta é $ C $?


Isto é C. Durante a fase S, o DNA de cada duplicata de cromossomo e as duas cromátides irmãs formadas se ligam às proteínas coesina. Essas cromátides irmãs se separam na Anáfase II da Meiose.

Da wikipedia:

Uma cromátide irmã se refere a qualquer uma das duas cópias idênticas (cromátides) formadas pela replicação de um único cromossomo, com ambas as cópias unidas por um centrômero comum. Em outras palavras, uma cromátide irmã também pode ser chamada de 'metade' do cromossomo duplicado. Um conjunto completo de cromátides irmãs são criadas durante a fase de síntese (S) da interfase, quando todos os cromossomos de uma célula são replicados.


Uso frequente e eficiente da cromátide irmã para reparo de quebra de cadeia dupla de DNA durante a meiose de levedura de brotamento

A recombinação entre cromossomos homólogos de origem parental diferente (homólogos) é necessária para sua segregação precisa durante a meiose. Foi sugerido que a recombinação inter-homóloga meiótica é promovida por uma barreira à recombinação entre cromátides inter-irmãs, imposta por componentes específicos da meiose do eixo do cromossomo. Consistente com isso, as medidas de intermediários de recombinação contendo junção de Holliday (moléculas de junta [JMs]) mostram uma forte tendência para inter-homólogos e contra JMs inter-irmãs. No entanto, a recombinação entre cromátides irmãs também tem um papel importante na meiose. Os genomas de organismos diplóides em populações naturais são altamente polimórficos para inserções e deleções, e quebras meióticas de fita dupla (DSBs) que se formam dentro de tais regiões polimórficas devem ser reparadas por recombinação entre irmãs. Os esforços para estudar a recombinação entre irmãs durante a meiose, em particular para determinar as frequências e mecanismos de recombinação, foram limitados pela incapacidade de monitorar os produtos da recombinação entre as irmãs. Apresentamos aqui estudos de nível molecular de recombinação inter-irmãs durante a meiose de levedura de brotamento. Examinamos eventos iniciados por DSBs em regiões que carecem de sequências correspondentes no homólogo e mostramos que esses DSBs são reparados de forma eficiente por recombinação inter-irmãs. Isso ocorre com o mesmo tempo que a recombinação inter-homóloga, mas com rendimentos reduzidos (2 a 3 vezes) de JMs. A perda da quinase Mek1 associada ao eixo do cromossomo meiótico acelera o reparo DSB entre irmãs e aumenta marcadamente as frequências JM entre irmãs. Além disso, JMs inter-irmãs formados em mek1Os mutantes Δ são preferencialmente perdidos, enquanto JMs inter-homólogos são mantidos. Esses achados indicam que a recombinação entre irmãs ocorre com frequência durante a meiose de levedura de brotamento, com a possibilidade de que até um terço de todos os eventos de recombinação ocorram entre cromátides irmãs. Sugerimos que uma redução dependente de Mek1 na taxa de reparo inter-irmãs, combinada com a desestabilização de JMs inter-irmãs, promove a recombinação inter-homóloga enquanto retém a capacidade de recombinação inter-irmãs quando a recombinação inter-homóloga não é possível.


79 Meiose II

Em algumas espécies, as células entram em uma breve interfase, ou interquinese, antes de entrarem na meiose II. A intercinesia não tem fase S, então os cromossomos são não duplicado. As duas células produzidas na meiose I passam pelos eventos da meiose II ao mesmo tempo. Durante a meiose II, as cromátides irmãs dentro das duas células-filhas se separam, formando quatro novos gametas haplóides, cada um com uma cópia de cada cromossomo. A mecânica da meiose II é semelhante à mitose, exceto que cada célula em divisão tem apenas um conjunto de cromossomos homólogos. Portanto, cada célula tem metade do número de cromátides irmãs para se separar como uma célula diplóide em mitose.

Durante a meiose II, cada cromátide irmã está ligada a microtúbulos de fibra fusiforme de pólos opostos. As cromátides irmãs são separadas pelos microtúbulos de fibra do fuso e se movem em direção a pólos opostos (Figura 1).

Figura 1 Na prometáfase I, os microtúbulos se ligam aos cinetocoros fundidos de cromossomos homólogos. Na anáfase I, os cromossomos homólogos são separados. Na prometáfase II, os microtúbulos se ligam a cinetocoros individuais de cromátides irmãs. Na anáfase II, as cromátides irmãs são separadas.

Os cromossomos chegam às extremidades opostas das células e começam a se descondensar (se desenrolar). Os envelopes nucleares se formam ao redor dos cromossomos. A citocinese separa as duas células em quatro células haplóides únicas. Nesse ponto, os núcleos recém-formados são haplóides e possuem apenas uma cópia do único conjunto de cromossomos. As células produzidas são geneticamente únicas por causa da variedade aleatória de homólogos paternos e maternos e por causa da recombinação de segmentos maternos e paternos de cromossomos (com seus conjuntos de genes) que ocorre durante o cruzamento.

Todo o processo da meiose é descrito na Figura 2 (você não precisa saber os nomes das fases ou o que acontece durante cada fase, apenas o que acontece no geral durante a meiose I e II).

Figura 2 Figura 2 Uma célula animal com um número diplóide de quatro (2n = 4) prossegue através dos estágios da meiose para formar quatro células-filhas haploides.


Irmãs cromátides durante a meiose - Biologia

Unidade três. A Continuidade da Vida

9,3. Os estágios da meiose

Agora, vamos olhar mais de perto para o processo de meiose. A meiose consiste em duas rodadas de divisão celular, chamadas meiose I e meiose II, que produzem quatro células haplóides. Assim como na mitose, os cromossomos se replicaram antes do início da meiose, durante um período denominado interfase. A primeira das duas divisões da meiose, chamada meiose I (a meiose I é mostrada no círculo externo da ilustração Key Biological Process na página seguinte), serve para separar as duas versões de cada cromossomo (os cromossomos homólogos ou homólogos). a segunda divisão, meiose II (o círculo interno), serve para separar as duas réplicas de cada versão, chamadas cromátides irmãs. Assim, quando a meiose está completa, o que começou como uma célula diplóide termina como quatro células haplóides. Como houve uma replicação do DNA, mas duas divisões celulares, o processo reduz o número de cromossomos pela metade.

A meiose I é tradicionalmente dividida em quatro estágios:

1. Prófase I. As duas versões de cada cromossomo (os dois homólogos) emparelham e trocam segmentos.

2. Metáfase I. Os cromossomos se alinham em um plano central.

3. Anáfase I. Um homólogo com suas duas cromátides irmãs ainda ligadas se move para um pólo da célula, e o outro homólogo se move para o pólo oposto.

4. Telófase I. Cromossomos individuais se reúnem em cada um dos dois pólos.

Na prófase I, os cromossomos individuais primeiro se tornam visíveis, vistos com um microscópio de luz, conforme seu DNA se enrola cada vez mais firmemente. Como os cromossomos (DNA) se replicaram antes do início da meiose, cada um dos cromossomos filiformes na verdade consiste em duas cromátides irmãs associadas ao longo de seus comprimentos (mantidas juntas por proteínas de coesina em um processo chamado coesão da cromátide irmã) e unidas em seus centrômeros, apenas como na mitose. No entanto, agora a meiose começa a diferir da mitose. Durante a prófase I, os dois cromossomos homólogos se alinham lado a lado, tocando-se fisicamente, como você pode ver na figura 9.5. É nesse ponto que um processo chamado crossing over é iniciado, no qual o DNA é trocado entre as duas cromátides não irmãs de cromossomos homólogos. Na verdade, os cromossomos se quebram no mesmo lugar nas cromátides não irmãs e seções de cromossomos são trocadas entre os cromossomos homólogos, produzindo um cromossomo híbrido que é parte cromossomo materno (as seções verdes) e parte cromossomo paterno (as seções roxas). Dois elementos mantêm os cromossomos homólogos juntos: (1) coesão entre cromátides irmãs e (2) cruzamentos entre cromátides não irmãs (homólogos). No final da prófase, o envelope nuclear se dispersa.

No cruzamento, os dois homólogos de cada cromossomo trocam porções. Durante o processo de crossing over, as cromátides não irmãs que estão próximas uma da outra trocam braços ou segmentos cromossômicos.

Na metáfase I, o aparelho do fuso se forma, mas como os homólogos são mantidos próximos uns dos outros por cruzamentos, as fibras do fuso podem se prender apenas ao cinetocoro voltado para fora de cada centrômero. Para cada par de homólogos, a orientação na placa metafásica é aleatória, qual homólogo é orientado em direção a qual pólo é uma questão de sorte. Assim como embaralhar um baralho de cartas, muitas combinações são possíveis - na verdade, 2 elevado a uma potência igual ao número de pares de cromossomos. Por exemplo, em uma célula hipotética com três pares de cromossomos, existem oito orientações possíveis (2 3). Cada orientação resulta em gametas com diferentes combinações de cromossomos parentais. Esse processo é chamado de sortimento independente. Os cromossomos na figura 9.6 se alinham ao longo da placa metafásica, mas se o cromossomo materno (os cromossomos verdes) está à direita ou à esquerda da placa é completamente aleatório.

Figura 9.6. Sortimento independente.

A classificação independente ocorre porque a orientação dos cromossomos na placa metafásica é aleatória. Aqui são mostradas quatro orientações possíveis dos cromossomos em uma célula hipotética. Cada uma das muitas orientações possíveis resulta em gametas com diferentes combinações de cromossomos parentais.

Na anáfase I, a fixação do fuso está completa e os homólogos são separados e se movem em direção a pólos opostos. As cromátides irmãs não são separadas neste estágio. Como a orientação ao longo do equador do fuso é aleatória, o cromossomo que um pólo recebe de cada par de homólogos também é aleatório em relação a todos os pares de cromossomos. No final da anáfase I, cada pólo tem metade dos cromossomos presentes na célula quando a meiose começou. Lembre-se de que os cromossomos se replicaram e, portanto, continham duas cromátides irmãs antes do início da meiose, mas as cromátides irmãs não são contadas como cromossomos separados. Como na mitose, conte o número de centrômeros para determinar o número de cromossomos.

Na telófase I, os cromossomos se reúnem em seus respectivos pólos para formar dois grupos cromossômicos. Após um intervalo de comprimento variável, ocorre a meiose II, na qual as cromátides irmãs são separadas como na mitose. A meiose pode ser considerada como dois ciclos consecutivos, conforme mostrado na ilustração do Processo Biológico Principal na página anterior. O ciclo externo contém as fases da meiose I e o ciclo interno contém as fases da meiose II, discutidas a seguir.

Após uma breve interfase, na qual não ocorre síntese de DNA, começa a segunda divisão meiótica. Meiose II é simplesmente uma divisão mitótica envolvendo os produtos da meiose I, exceto que as cromátides irmãs não são geneticamente idênticas, como na mitose, por causa do crossing over. Você pode ver isso observando a figura 9.7, onde alguns dos braços das cromátides irmãs contêm duas cores diferentes. No final da anáfase I, cada pólo possui um complemento haplóide de cromossomos, cada um dos quais ainda é composto por duas cromátides irmãs anexadas ao centrômero. Como a meiose I, a meiose II é dividida em quatro estágios:

1. Prófase II. Nos dois pólos da célula, os grupos de cromossomos entram em uma breve prófase II, onde um novo fuso se forma.

2. Metáfase II. Na metáfase II, as fibras do fuso se ligam a ambos os lados dos centrômeros e os cromossomos se alinham ao longo de um plano central.

3. Anáfase II. As fibras do fuso encurtam, dividindo os centrômeros e movendo as cromátides irmãs para pólos opostos.

4. Telófase II. Finalmente, o envelope nuclear se forma novamente em torno dos quatro conjuntos de cromossomos filhos.

O principal resultado dos quatro estágios da meiose II - prófase II, metáfase II, anáfase II e telófase II - é separar as cromátides irmãs. O resultado final dessa divisão são quatro células contendo conjuntos haplóides de cromossomos. Não há dois iguais devido ao cruzamento na prófase I. Os núcleos são reorganizados e os envelopes nucleares se formam em torno de cada conjunto haplóide de cromossomos. As células que contêm esses núcleos haplóides podem se desenvolver diretamente em gametas, como acontece na maioria dos animais. Alternativamente, eles próprios podem se dividir mitoticamente, como fazem em plantas, fungos e muitos protistas, eventualmente produzindo um maior número de gametas ou, como no caso de algumas plantas e insetos, indivíduos adultos haplóides.

O importante papel da passagem

Se você pensar bem, a chave para a meiose é que as cromátides irmãs de cada cromossomo não são separadas umas das outras na primeira divisão. Por que não? O que impede os microtúbulos de se prenderem a eles e puxá-los para pólos opostos da célula, assim como eventualmente acontece mais tarde na segunda divisão meiótica? A resposta é o cruzamento que ocorreu no início da primeira divisão. Ao trocar segmentos, os dois homólogos são unidos por fitas de DNA. É porque os microtúbulos podem ganhar acesso a apenas um lado de cada homólogo que eles não podem separar as duas cromátides irmãs! Imagine duas pessoas dançando perto - você pode amarrar uma corda na parte de trás do cinto de cada pessoa, mas não pode amarrar uma segunda corda nas fivelas dos cintos porque os dois dançarinos estão frente a frente e muito próximos. Da mesma forma, os microtúbulos não podem se prender aos lados internos dos homólogos porque o cruzamento mantém os cromossomos homólogos juntos como parceiros de dança.

Resultado-chave de aprendizagem 9.3. Durante a meiose I, os cromossomos homólogos movem-se para pólos opostos da célula. No final da meiose II, cada uma das quatro células haplóides contém uma cópia de cada cromossomo do conjunto, em vez de duas. Por causa do cruzamento, não há duas células iguais.

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Variação genética durante a meiose

Prática: Qual dos seguintes processos ocorre quando cromossomos homólogos se cruzam na meiose I?

a) Duas cromátides irmãs se enredam, resultando em uma nova sequenciação de seu DNA.

b) Duas cromátides irmãs trocam pedaços idênticos de DNA.

c) Os alelos maternos são "corrigidos" para serem como os alelos paternos e vice-versa.

d) Os segmentos correspondentes de cromátides não-irmãs de cromossomos homólogos são trocados.

Prática: Cruzar envolve cada um dos seguintes EXCETO:

a) A transferência de DNA entre duas cromátides não irmãs.

b) A transferência de DNA entre duas cromátides irmãs.

c) A formação de um complexo sinaptonemal.

d) O alinhamento de cromossomos homólogos.

e) Todos os itens acima estão envolvidos no cruzamento.

Conceito # 2: sortimento independente

Exemplo # 1: Para uma espécie com um número haplóide de 23 cromossomos, quantas combinações de cromossomos maternos e paternos são possíveis para os gametas com base na variedade independente de cromossomos durante a meiose?

Prática: Quantos gametas geneticamente únicos podem ser criados em um organismo com 4 cromossomos?

Prática: Durante qual dos seguintes processos ocorre a classificação independente de cromossomos?

c) Na mitose e meiose I.

d) Na mitose e meiose II.

e) Na meiose I e na meiose II.

Prática: A variedade independente de cromossomos é o resultado de qual dos seguintes processos?

a) A maneira aleatória de cada par de cromossomos homólogos se alinhar na placa metafásica.

b) As combinações aleatórias de óvulos e esperma durante a fertilização.

c) A distribuição aleatória das cromátides irmãs nas duas células-filhas.

d) A combinação diversa de alelos que podem ser encontrados em qualquer cromossomo.


Mitose

Patricia Wadsworth, Nasser M. Rusan, em Encyclopedia of Biological Chemistry, 2004

Anáfase

Durante a anáfase, as cromátides irmãs se separam e se movem para os pólos do fuso (Figuras 2 e 3). A anáfase consiste em duas fases, anáfase A e B. Durante a anáfase A, os cromossomos se movem para os pólos e os microtúbulos das fibras do cinetocoro encurtam durante a anáfase B, os pólos do fuso se separam conforme os microtúbulos interpolares se alongam e deslizam um sobre o outro. Muitas células sofrem movimentos da anáfase A e B, mas, em alguns casos, um ou outro movimento predomina.

A separação das cromátides irmãs emparelhadas é necessária para o movimento na direção do pólo em anáfase. A separação das cromátides resulta da degradação proteolítica dos componentes que ligam as cromátides no centrômero. A degradação é desencadeada pela atividade do complexo promotor da anáfase, que regula a progressão do ciclo celular. A separação da cromátide não é o resultado do puxão por microtúbulos e proteínas motoras, e pode ser observada mesmo na ausência de microtúbulos.

Embora o movimento dos cromossomos para os pólos do fuso na anáfase tenha fascinado os biólogos por muitos anos, a base molecular desse movimento permanece controversa e ainda não totalmente compreendida. Durante a anáfase A, os microtúbulos do cinetocoro devem encurtar à medida que os cromossomos se movem em direção aos pólos. As medições do fluxo do fuso mostram que a perda de subunidade dos microtúbulos ocorre nos pólos do fuso durante a anáfase. Em muitas células, entretanto, a taxa de movimentação dos cromossomos excede a taxa de perda de subunidade no pólo e, portanto, a perda de subunidade também deve ocorrer no cinetocore.

Estudos pioneiros de mitose em células embrionárias vivas demonstraram que a montagem e desmontagem de polímeros de microtúbulos resultam no movimento do cromossomo. Este trabalho levou à hipótese de que a desmontagem dos microtúbulos impulsiona o movimento dos cromossomos. Trabalhos posteriores identificaram motores moleculares no cinetocore, levando à hipótese alternativa de que as forças geradas por motores moleculares conduzem o movimento dos cromossomos. Uma possibilidade é que os motores moleculares impulsionem o movimento do cromossomo, mas a taxa de movimento do cromossomo é limitada pela desmontagem do microtúbulo do cinetocore. Alternativamente, a desmontagem pode ser responsável pelo movimento do cromossomo, e os motores podem amarrar os cromossomos à fibra de encurtamento. A presença de mecanismos potencialmente redundantes para o movimento cromossômico pode refletir o fato de que a fidelidade mitótica é de extrema importância.


INTRODUÇÃO

A segregação cromossômica adequada durante a divisão celular mitótica requer pelo menos dois complexos de proteínas associados a cromossomos. No centrômero, cinetóforos funcionais devem ser formados em cromátides irmãs individuais para facilitar a fixação das cromátides aos pólos opostos do fuso. Além disso, a coesão deve ser estabelecida entre os centrômeros e ao longo dos braços das cromátides irmãs e mantida até a anáfase para evitar sua separação precoce.

Em comparação com a divisão celular mitótica, o comportamento de segregação dos cromossomos durante a divisão celular meiótica é complexo, necessitando de modificação tanto do cinetocoro quanto dos complexos de coesão. Nossa compreensão dessas modificações meióticas permanece rudimentar. A primeira divisão meiótica (MI) envolve a segregação de homólogos em vez de cromátides irmãs (Fig. 1A). Assim, a segregação cromossômica bem-sucedida em MI requer mecanismos de coesão especializados que fornecem conexões físicas entre homólogos (em vez de cromátides irmãs) e impõem restrições aos centrômeros de cromátides irmãs, de modo que seus cinetocoros formem anexos aos mesmos, em vez de pólos de fuso opostos. A segunda divisão meiótica (MII) é semelhante a uma divisão celular mitótica, envolvendo a segregação de cromátides irmãs. No entanto, como o MI e o MII ocorrem sem uma fase S interveniente, a segregação cromossômica bem-sucedida em MII requer um mecanismo pelo qual a coesão é liberada ao longo dos braços do cromossomo na anáfase I, mas mantida entre os centrômeros irmãos até a anáfase II.

É comumente assumido que os requisitos especializados de coesão meiótica dependem dos eventos únicos da prófase meiótica, e. sinapsis e recombinação. O papel da recombinação na disjunção de cromossomos homólogos no MI está bem estabelecido (por exemplo, Carpenter, 1994 revisado em Hassold et al., 2000 Hawley, 1988 Koehler et al., 1996 Lamb et al., 1996). O papel da sinapsis permanece menos bem caracterizado, mas a evidência inferencial é convincente: ambos os defeitos na sinapsis homóloga e a ausência de um parceiro homólogo estão associados a um aumento da frequência de separação prematura de cromátides irmãs no MI em uma variedade de espécies (revisado em Moore e Orr-Weaver, 1998 Wolf, 1993). Além disso, estudos em milho, levedura e mamíferos fornecem evidências para o envolvimento de componentes do complexo sinaptonemal (SC), a estrutura proteica envolvida na sinapsis homóloga, na segregação do MI. No milho, a análise de uma variedade de mutantes e rearranjos estruturais fornece evidências convincentes de uma relação entre o SC e a coesão da cromátide irmã e sugere uma correlação direta entre a falha sináptica na região centromérica e a segregação da cromátide irmã precoce (PSCS) (revisado em Maguire , 1995). Na levedura, as mutações no componente específico da meiose do complexo de coesão, Rec8, mostram um aumento no PSCS no MI (Watanabe e Nurse, 1999). Finalmente, em mamíferos, dois dados implicam o envolvimento de proteínas SC na coesão da cromátide irmã meiótica. Primeiro, os remanescentes do elemento lateral persistem no centrômero até a anáfase II, conforme revelado por estudos de imunolocalização usando anticorpos para dois componentes da proteína, SCP3 e SCP2 (Dobson et al., 1994 Offenberg et al., 1998). Em segundo lugar, os estudos dos componentes da coesina recentemente identificados, SMC1 e SMC3, fornecem evidências de interações com SCP3 e SCP2 (Eijpe et al., 2000). Assim, há evidências indiretas consideráveis ​​do envolvimento de proteínas SC no comportamento único dos cinetóforos irmãos no MI, na manutenção das conexões entre homólogos e na manutenção da coesão entre os centrômeros irmãos até a anáfase II. No entanto, os detalhes mecanicistas permanecem obscuros.

Esses processos não são apenas de interesse acadêmico para estudantes de divisão celular meiótica, mas têm um impacto dramático na vida humana: as divisões meióticas na mulher humana são extraordinariamente propensas a erros. As estimativas da frequência do erro variam de um em vinte a um em três oócitos humanos, dependendo da idade da mulher (revisado em Hassold et al., 1996). Apesar da investigação intensiva, a razão para a alta taxa de erro em nossa espécie permanece desconhecida. É claro, no entanto, que a maioria dos erros ocorre durante a primeira divisão meiótica, que a propensão para erros de segregação é específica do cromossomo e que a fidelidade da segregação cromossômica é influenciada pelo número e colocação de eventos de recombinação ao longo dos braços cromossômicos (revisado em Hassold et al., 2000). Foi postulado que o PSCS é o principal mecanismo responsável pelo aumento relacionado à idade nos erros de segregação em nossa espécie (Angell, 1997 Angell et al., 1994 Wolstenholme e Angell, 2000), e a pequena quantidade de dados disponíveis de estudos diretos de oócitos humanos são consistentes com esta sugestão (Angell, 1997 Angell et al., 1994 Mahmood et al., 2000 Volarcik et al., 1998).

Os estudos de não disjunção humana têm sido limitados tanto pela dificuldade de obtenção de oócitos humanos quanto pela falta de um modelo animal adequado para estudos experimentais que visem compreender o efeito da idade em nossa espécie. No entanto, o alto grau de conservação entre as espécies em proteínas que medeiam alguns dos comportamentos cromossômicos meióticos especializados sugere que o camundongo pode fornecer informações mecanísticas valiosas para a aneuploidia humana. Assim, utilizamos o camundongo fêmea XO para estudar os fatores que influenciam o PSCS no MI. Como em outros organismos (revisado em Wolf, 1993), as cromátides irmãs do X univalente segregam na anáfase do MI em uma proporção de células (Hunt et al., 1995), no entanto, a frequência de PSCS versus segregação "intacta" (ou seja, em que as cromátides irmãs do univalente permanecem ligadas) é influenciado pelo fundo genético (LeMaire-Adkins e Hunt, 2000). Essa diferença na segregação do MI em duas origens consanguíneas fornece uma abordagem genética para a compreensão dos fatores que influenciam o comportamento dos cinetocoros irmãos na primeira divisão meiótica. Nós relatamos aqui os resultados de estudos meióticos detalhados que excluem diferenças específicas do cromossomo X e sugerem que a segregação é influenciada pela ação de um gene ou genes autossômicos. Nossa hipótese é que este (s) fator (es) de ação trans influenciaria o comportamento sináptico do cromossomo X, e que a falha em se submeter à auto-sinapsis envolvendo o centrômero do cromossomo resultaria na separação prematura das cromátides X no MI. Nossas observações não se enquadraram nessa expectativa, mas nossos estudos fornecem uma nova visão da complexidade do processo sináptico e sugerem que as inferências sobre eventos meióticos subsequentes com base na análise de paquiteno podem ser enganosas. Mais importante, no entanto, nossos esforços para correlacionar o comportamento de segregação com a retenção de proteínas do complexo sinaptonemal revelaram uma diferença surpreendente nas proteínas associadas ao centrômero entre a oogênese e a espermatogênese. As diferenças nos componentes proteicos do complexo de coesão cromossômica meiótica podem influenciar a fidelidade da segregação cromossômica meiótica, portanto, este intrigante dimorfismo sexual pode fornecer uma explicação parcial para a alta taxa de erros cromossômicos durante a meiose feminina humana.


A meiose é um processo que começa com um determinado número de cromossomos no núcleo de uma célula e termina com células de gametas, cada uma contendo metade do número de cromossomos da célula original. A maioria das células humanas, por exemplo, tem 46 cromossomos, enquanto os espermatozoides e os óvulos têm apenas 23 cromossomos. Nos estágios iniciais da meiose, o processo de replicação copia o DNA para produzir cromossomos com duas cromátides irmãs (ver Figura 1). O próximo estágio é para os cromossomos com sequências semelhantes, chamadas homólogas, formarem pares e trocarem DNA em um processo denominado recombinação. Os cromossomos então passam por duas rodadas de segregação para completar o processo. Garantir que todas essas etapas ocorram na ordem correta é claramente vital para o sucesso da meiose. Agora, na eLife, Matthew Miller, Elçin Ünal e Angelika Amon do MIT, trabalhando com Gloria Brar da UCSF, revelam os mecanismos usados ​​pelas células para garantir que a meiose prossiga conforme a natureza pretendida (Miller et al., 2012).

As diferentes fases da meiose. Nesta ilustração, a célula tem dois cromossomos (mostrados aqui em amarelo e azul na célula mais à esquerda) antes do início da meiose. Esses cromossomos são replicados para produzir cromátides irmãs que são mantidas juntas por coesinas (círculos cinza ao redor das cromátides irmãs). Durante o próximo estágio da meiose, chamado prófase I, os cromossomos com sequências semelhantes formam pares e sofrem recombinação, criando ligações físicas que mantêm os homólogos juntos. A seguir, durante a metáfase I, os cinetocoros irmãos (círculos pretos) são unidos por um complexo de proteínas chamado monopolina, e os microtúbulos do fuso (roxo) anexam cromossomos homólogos aos pólos do fuso (também roxo) nas extremidades opostas da célula. Os cromossomos homólogos então segregam durante a anáfase I. Durante a metáfase II, as cromátides irmãs se fixam aos pólos opostos do fuso e se separam na anáfase II, criando produtos meióticos com metade do conjunto de cromossomos.

Durante a primeira rodada de segregação, chamada meiose I, os microtúbulos fusiformes se ligam aos cromossomos com a ajuda de grandes complexos de proteínas chamados cinetocoros, encontrados em cada cromátide (ver Figura 1). Além de prender os microtúbulos aos cromossomos, os cinetocoros também corrigem ligações inadequadas e movem os cromossomos ao longo dos microtúbulos. Na meiose I, os cromossomos emparelhados segregam em extremidades opostas (ou pólos) do fuso. Na meiose II, essencialmente o mesmo elenco de atores (ou seja, microtúbulos fusiformes e cinetóforos) segregam as cromátides irmãs para produzir um total de quatro células. A equipe do MIT-UCSF usou a levedura de brotamento como modelo para estudar esses processos e interações com mais detalhes.

Três mecanismos ajudam a garantir a fixação adequada dos cromossomos aos microtúbulos fusiformes na meiose I. Primeiro, durante a prófase, que é o primeiro estágio da meiose I, os pares de cromossomos homólogos sofrem recombinação. Este processo cria ligações físicas que mantêm os homólogos unidos e garantem a sua fixação aos pólos opostos do fuso (Brar e Amon, 2008). Em segundo lugar, os cinetocoros irmãos oferecem apenas um local para os microtúbulos se ligarem: na levedura de brotamento, por exemplo, um complexo de proteína chamado monopolina fixa os cinetocoros irmãos um pouco antes do início da fixação dos microtúbulos. Terceiro, acredita-se que os anéis de proteína compostos de coesinas envolvam as duas cromátides irmãs: isso cria coesão entre as cromátides e evita que se separem prematuramente durante a meiose I. Quando os dois cromossomos homólogos estão ligados a pólos opostos do fuso durante a metáfase I (um estágio após a prófase), as forças do fuso são resistidas pelas ligações físicas e pela coesão entre as cromátides irmãs. Juntos, esses três mecanismos garantem que os cromossomos homólogos sejam segregados na meiose I, enquanto as cromátides irmãs permanecem juntas.

O trabalho de Miller e Ünal, que são os primeiros autores do artigo, e seus colegas de trabalho, revela outro nível de regulação da meiose I que envolve proteínas chamadas ciclinas da fase M. Quando a enzima ciclina-dependente quinase (Cdk) é ligada a uma ciclina, ela conduz os eventos do ciclo celular por fosforilação de substratos (Enserink e Kolodner, 2010). Duas das ciclinas que têm um papel na condução das células através da meiose, Clb1 e Clb3, são transcritas no final da prófase (Dahmann e Futcher, 1995 Chu et al., 1998 Carlile e Amon, 2008). No entanto, se qualquer uma dessas ciclinas for expressa prematuramente, os microtúbulos do fuso são montados muito cedo e, como resultado, as cromátides irmãs são segregadas em vez de cromossomos em uma fração significativa (∼40%) das células (ver Figura 2). Isso é surpreendente porque Cdk-Clb1 está normalmente presente (e ativo) durante a meiose I.

O tempo adequado das interações entre os microtúbulos fusiformes e os cinetocoros é essencial para que a meiose prossiga corretamente. Durante a metáfase I na meiose normal (topo), os cromossomos homólogos se fixam aos pólos do fuso opostos por microtúbulos do fuso e são segregados na anáfase I (como mostrado na Figura 1). No entanto, se os microtúbulos se ligam aos cinetocoros prematuramente (abaixo), as cromátides irmãs serão segregadas na meiose I, o que pode levar ao aborto espontâneo ou defeitos congênitos em bebês.

Previously Amon and co-workers have shown that the presence of the monopolin complex during mitosis (as opposed to meiosis) can clamp sister kinetochores together and lead to a meiosis I chromosome segregation pattern (Monje-Casas et al., 2007). Miller et al. now propose that for the monopolin complex to clamp sister kinetochores together, it must associate with them before they attach to microtubules. In the cells in which Clb1 or Clb3 are prematurely expressed, microtubules attach to both sister kinetochores before monopolin is active, and this leads to the segregation of sister chromatids. However, if attachment begins after monopolin becomes active, it is the chromosomes that are segregated.

To test this model, the MIT-UCSF team arrested cells undergoing mitosis after the microtubules had attached to the sister kinetochores and then induced monopolin: the sister kinetochores remained attached to the microtubules and segregated to opposite spindle poles when the cell was released from the arrest. However, if the drug nocodazole was used to depolymerize the microtubules during the arrest period, monopolin was able to clamp sister kinetochores together and almost half (48%) of sister chromatids moved to the same spindle pole. Furthermore, if the microtubules in cells that prematurely expressed Clb3 were depolymerized, the meiosis I chromosome segregation pattern was rescued. These experiments suggest that the timing of the attachment of chromosomes to microtubules is carefully regulated in meiosis to prevent premature kinetochore–microtubule interactions. And other experiments suggest that cells prevent premature interactions of kinetochores and microtubules by dismantling the outer regions of the kinetochore. Taken together all these results suggest that Miller et al have uncovered two additional mechanisms that cells use to ensure the segregation of chromosomes in meiosis I: restricting the activity of cyclin-dependent kinase bound to M phase cyclins in prophase, and also restricting the assembly of the kinetochore in prophase.

Miller, Ünal and co-workers have demonstrated that premature kinetochore–microtubule interactions lead to a mitotic pattern of chromosome segregation in meiosis I. Since this can lead to gametes with missing or extra chromosomes, which can cause miscarriage and birth defects in babies, it is crucial that we continue to improve our understanding of meiosis (Nagaoka et al., 2012). By revealing a number of hitherto unknown mechanisms used by cells to regulate the meiotic cell cycle, this work represents an important step in this quest.


What Are Sister Chromatids?

As mentioned above, sister chromatids are identical copies of a chromosome that has been unfurled and replicated, then bound to its partner with a centromere. During the interphase portion of the cell cycle&mdashthe time between replications&mdashall of the chromosomes are duplicated in preparation for cell division. When these sister chromatids eventually separate, it is to ensure that both daughter cells end up with the correct number of chromosomes. That being said, while sister chromatids are present in both mitosis and meiosis, their behavior during these two cellular activities.

Sister Chromatids in Meiosis

Since sex cell replication (meiosis) is slightly different than your average cell division, the replication process is slightly different, as is the movement of sister chromatids. There are homologous chromosomes of duplicated sister chromatids in the first step of meiosis, and these homologous chromosomes separate and move to their individual daughter cells during anaphase 1, then separate during telophase I. However, in anaphase II, the sister chromatids are pulled apart by the spindle towards opposite centrosomes. Thus, the result of meiosis is four daughter cells with half the number of chromosomes (23), which is the desired amount for a sex cell.

Stage of Meiosis (Photo Credit : Ali Zifan / Wikimedia Commons)

Interestingly enough, the sister chromatids are also involved in one of the more important stages of meiosis&mdashgenetic recombination. It is during this crossing over and swapping of DNA chunks between homologous chromosomes and sister chromatids that so much of the variety and diversity of our genetic expression comes from.

Sister Chromatids in Mitosis

In mitosis&mdashthe cellular replication and division of a somatic cell&mdashthe chromosomes replicate into sister chromatids before prophase begins, at which point they migrate to the center of the cell. During anaphase, the spindles pull the sister chromatids apart and tug them towards opposing centrosomes. During telophase, the original cell divides into two daughter cells, each of which has a full set of 46 chromosomes, which are known as daughter chromosomes.


Mammalian STAG3 is a cohesin specific to sister chromatid arms in meiosis I

Cohesins, which have been characterized in budding yeast 1,2 and Xenopus 3 , are multisubunit protein complexes involved in sister chromatid cohesion. Regulation of the interactions among different cohesin subunits and the assembly/disassembly of the cohesin complex to chromatin are key steps in chromosome segregation. We previously characterized the mammalian STAG3 protein as a component of the synaptonemal complex that is specifically expressed in germinal cells 4 , although its function in meiosis remains unknown. Here we show that STAG3 has a role in sister chromatid arm cohesion during mammalian meiosis I. Immunofluorescence results in prophase I cells suggest that STAG3 is a component of the axial/lateral element of the synaptonemal complex. In metaphase I, STAG3 is located at the interchromatid domain and is absent from the chiasma region. In late anaphase I and the later stages of meiosis, STAG3 is not detected. STAG3 interacts with the structural maintenance chromosome proteins SMC1 and SMC3, which have been reported to be subunits of the mitotic cohesin complex 2,3 . We propose that STAG3 is a sister chromatid arm cohesin that is specific to mammalian meiosis I.


Assista o vídeo: Cromossomos homólogos e genes alelos (Novembro 2021).