Kontrollpunkten för meiotisk rekombination övervakar meiotisk rekombination under meios och blockerar inträde i metafas I om rekombination inte hanteras effektivt.
Regleringen av cellcykeln av meios fortskrider på samma sätt som regleringen av mitos . Liksom i den mitotiska cykeln regleras dessa övergångar av kombinationer av olika genreglerande faktorer, cyklin-Cdk- komplexet och det anafasfrämjande komplexet (APC) [1] . Den första stora regulatoriska övergången inträffar i slutet av G1 , när starten av den meiotiska cykeln aktiveras av Imel istället för Cln3/Cdk1 i mitos. Den andra stora övergången sker vid inträde i metafas I. Huvudsyftet med detta steg är att säkerställa att DNA-replikeringen har slutförts utan fel så att spindelpolkropparna kan separeras. Denna händelse utlöses av M-Cdk-aktivering i sen profas I. Spindelmonteringskontrollpunkten utforskar sedan mikrotubulifästning till kinetokorer , följt av initiering av metafas I av APC Cdc20 . Den specifika kromosomseparationen i meios, homolog kromosomseparation i meios I och kromatidseparationen i meios II kräver specifik spänning mellan homologa kromatider och icke-homologa kromatider för att differentiera mikrotubulifästning och beror på programmerat DNA dubbelsträngsbrott (DSB) och reparation. i profas I. Därför kan kontrollpunkten för meiotisk rekombination vara ett slags svar på DNA-skada vid en viss tidpunkt. Å andra sidan säkerställer kontrollpunkten för meiotisk rekombination också att meiotisk rekombination faktiskt inträffar i varje par av homologer.
Den plötsliga starten av M-Cdk i sen profas I är beroende av en positiv återkopplingsslinga av transkriptionsreglering bestående av Ime2, Ndt80 och Cdk/cyklinkomplexet. M-Cdk-aktivering kontrolleras dock av den vanliga Wee1 / Cdc25- fosforyleringsswitchen . Wee1-aktiviteten är hög i tidig profas I och ackumulering av Cdc25 aktiverar M-Cdk genom direkt fosforylering och markering av Wee1 för nedbrytning. Meiotisk rekombination kan börja med ett dubbelsträngsbrott, antingen inducerat av Spo11 [2] eller andra endogena eller exogena orsaker till DNA-skada. Dessa DNA-avbrott måste repareras före metafas I, och dessa DSB:er måste repareras före metafas I. Celler kontrollerar dessa DSB:er genom ATM -vägen , i vilken Cdc25 nedregleras när DSB-skada upptäcks. Denna väg är analog med det klassiska DNA-skadesvaret och är den del vi känner bäst vid kontrollpunkten för meiotisk rekombination.
En DSB-oberoende väg upptäcktes när människor studerade spo11-mutantceller i vissa arter och fann att dessa Spo11- celler inte kan bearbeta till metafas I även i frånvaro av DSB [3] . Det direkta syftet med dessa DSB är att hjälpa till med kondensationen av kromosomer. Även om den initiala bindningen av homologer i tidig leptoten helt enkelt är slumpmässiga interaktioner, beror ytterligare progression till presynaptisk anpassning på bildandet av dubbelsträngsbrott och enkelsträngsöverföringskomplex [1] [4] . Därför kan icke-synapsade kromosomer i Spo11- celler vara målet för kontrollpunkten. AAA-adenosintrifosfatas (AAA-ATPas) har visat sig spela en viktig roll i denna väg [5] , men mekanismen är ännu inte klar. Vissa andra studier har också uppmärksammat bildandet av könskroppar, och signalering kan vara antingen strukturell eller transkriptionell reglering, såsom meiotisk inaktivering av könskromosomer [6] [7] . Inom denna kaskad kommer synapsavbrott att upprätthålla uttrycket av gener från könskromosomerna, och vissa livsmedel kan hämma cellcykelprogression. Inaktivering av den meiotiska könskromosomen sker endast hos män, vilket delvis kan vara orsaken till att endast Spo11 mutanta spermatocyter, men inte oocyter, misslyckas med att övergå från profas I till metafas I [3] [8] . Men asynaps sker inte bara inom könskromosomerna, och sådan transkriptionsreglering avbröts tills den spred sig till alla kromosomer i form av meiotisk tystnad av icke-synapserat kromatin [9] , men effektorgenen har ännu inte upptäckts.
Den centrala rollen i meios av mänsklig och murin CHEK1 och CHEK2 och deras ortologer i Saccharomyces cerevisiae , Caenorhabditis elegans , Schizosaccharomyces pombe och Drosophila har granskats av MacQueen och Hochwagen [10] och Subramanian och Hochwagen [11] . Under meiotisk rekombination hos människor och möss är CHEK1 -proteinkinas viktigt för att integrera DNA-skadareparation med cellcykelstopp [12] . CHEK1 uttrycks i testiklarna och är associerad med meiotiska synaptonemala komplex vid zygonem och pakynema stadier [12] . CHEK1 fungerar förmodligen som en integrator av ATM- och ATR -signaler vid övervakning av meiotisk rekombination också [12] . I musoocyter verkar CHEK1 behövas för att stoppa profas I och för funktion vid G2/M-kontrollpunkten [13] .
CHEK2 reglerar förloppet av cellcykeln och spindelsammansättningen under mus oocytmognad och tidig embryonal utveckling [14] . Även om CHEK2 är en nedströms ATM -kinaseffektor som reagerar primärt på dubbelsträngsbrott, kan den också aktiveras av ATR -kinas (ataxia-telangiectasia och Rad3), som reagerar primärt på enkelsträngsbrott. Hos möss krävs CHEK2 för att övervaka DNA-skador vid kvinnlig meios . Oocytsvaret på DNA-dubbelsträngbrottsskada involverar en hierarki av vägar där ATR-kinas överför CHEK2-signalen, som sedan aktiverar p53- och p63-proteiner [15] .
Hos fruktflugan Drosophila inducerar bestrålning av könscellsceller dubbelsträngsbrott som leder till cellcykelstopp och apoptos . Drosophila mnk CHEK2- ortologen och p53 dp53- ortologen krävs för mycket av celldöden som ses i tidig oogenes , när oocytselektion och meiotisk rekombination inträffar [16] .
Ndt80 är en meiosspecifik transkriptionsfaktor som krävs för ett framgångsrikt fullbordande av meios och sporbildning [17] . Proteinet känner igen och binder till det mellersta sporuleringselementet (MSE) 5'-C[AG]CAAA[AT]-3' i promotorregionen av stegspecifika gener som krävs för meios och sporulering [17] [18] [ 19] . Den DNA-bindande domänen av Ndt80 har isolerats, och dess struktur visar att detta protein är en medlem av den Ig-faldiga familjen av transkriptionsfaktorer [20] . Ndt80 konkurrerar också med SUM1-repressorn för bindning till promotorer som innehåller MSE [21] .
När mutationen inaktiverar Ndt80 i spirande jäst, uppvisar meiotiska celler en lång fördröjning i sen pakyten, det tredje stadiet av profasen [22] . Cellerna visar intakta synaptonemala komplex men slutar så småningom vid det diffusa kromatinstadiet efter pachyten. Denna kontrollpunktsmedierade avstängning förhindrar senare händelser från att inträffa tills tidigare händelser har slutförts framgångsrikt och förhindrar felsegregering av kromosomer [23] [24] .
NDt80 är avgörande för fullbordandet av profas och inträde i meios 1, eftersom det stimulerar uttrycket av ett stort antal gener i mitten av meios. Ndt80 regleras genom transkriptionella och posttranslationella mekanismer (d.v.s. fosforylering).
Interaktion med Clb1Ndt80 stimulerar uttrycket av B-typ cyklin Clb-1, som interagerar starkt med Cdk1 under meiotiska divisioner [25] . Aktiva komplex av Clb-1 med Cdk1 spelar en viktig roll för att utlösa händelserna i den första meiotiska divisionen, och deras aktivitet är begränsad till meios 1 [26] .
Interaktion med Ime2Ndt80 stimulerar uttrycket av sig självt och uttrycket av proteinkinas Ime2, vilket i sin tur stimulerar Ndt80 ytterligare. Denna ökade mängd Ndt80-protein förbättrar ytterligare transkriptionen av målgener [24] . I början av meios 1 ökar Ime2-aktiviteten och krävs för normal ackumulering och aktivitet av Ndt80. Men om Ndt80 uttrycks i förtid, kommer det initialt att ackumuleras i sin omodifierade form. Ime2 kan då också fungera som ett meiosspecifikt kinas som fosforylerar Ndt80, vilket resulterar i ett fullt aktiverat Ndt80 [27] .
Plk uttryckNdt80 stimulerar uttrycket av genen som kodar för det könsliknande kinaset, Plk. Detta protein aktiveras i sen pachyten och krävs för korsningsbildning och partiell förlust av kromosomarmkohesion. Plk är också nödvändigt och tillräckligt för att trigga utträde från pachypoints [28] [29] .
RekombinationsmodellenKontrollpunkten för meiotisk rekombination fungerar som svar på defekter i meiotisk rekombination och kromosomal synaps, vilket potentiellt hindrar celler från att komma in i meiotiska divisioner [30] . Eftersom rekombination initieras av dubbelsträngsbrott (DSB) i vissa regioner av genomet, måste inträde i meios 1 försenas tills DSB har reparerats [31] . Det meiosspecifika kinaset Mek1 spelar en viktig roll i detta, och Mek1 har nyligen visat sig kunna fosforylera Ndt80 oberoende av IME2. Denna fosforylering är emellertid hämmande och förhindrar Ndt80 från att binda till MSE i närvaro av DSB [32] .
Heterokaryonisk inkompatibilitet (HI) har jämförts med svampens immunsystem [33] ; detta är en icke-självigenkännande mekanism som är allestädes närvarande bland de filamentösa representanterna för Asomycota phylum av kungariket Fungi [34] . Vib-1 är en homolog av Ndt80 i Neurospora crassa och krävs för HI i denna art. Mutationer vid vib1-lokuset har visat sig undertrycka främmande igenkänning, och VIB-1 krävs för produktion av nedströms HI-relaterade effektorer såsom extracellulära proteaser [35] [36] .
Kvinnlig sexuell utvecklingStudier har visat att Ndt80-homologer också spelar en roll i kvinnlig sexuell utveckling hos andra svamparter än de mer allmänt studerade Saccharomyces cerevisiae [35] [37] . Mutationer i vib-1 har visat sig påverka tidpunkten och utvecklingen av kvinnliga reproduktiva strukturer före befruktning [37] .
Även om den DNA-bindande domänen av Ndt80 vanligtvis finns i jäst och andra svampar, är den homolog med ett antal högre eukaryota proteiner, och resterna som används för bindning är mycket konserverade. Hos människor är Ndt80-homologen C11orf9 starkt uttryckt i invasiva eller metastaserande tumörceller, vilket tyder på potentiell användning som en målmolekyl i cancerterapi [38] . Men små framsteg har gjorts i denna riktning de senaste åren.
| cellcykeln | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Faser |
| ||||||||||
| Regulatorer |
| ||||||||||