A meiotikus rekombináció ellenőrzőpontja figyeli a meiotikus rekombinációt a meiózis során, és blokkolja az I. metafázisba való belépést, ha a rekombinációt nem kezelik hatékonyan.
A meiózis sejtciklusának szabályozása hasonlóan megy végbe, mint a mitózis szabályozása . A mitotikus ciklushoz hasonlóan ezeket az átmeneteket is különféle génszabályozó faktorok, a ciklin-Cdk komplex és az anafázis-promoting komplex (APC) kombinációi szabályozzák [1] . Az első jelentős szabályozási átmenet a G1 végén történik , amikor a meiotikus ciklus kezdetét az Ime1 aktiválja a Cln3/Cdk1 helyett mitózisban. A második fő átmenet az I. metafázisba való belépéskor következik be. Ennek a lépésnek az a fő célja, hogy biztosítsa, hogy a DNS-replikáció hibamentesen fejeződjön be, hogy az orsó pólustestei el tudjanak válni. Ezt az eseményt az M-Cdk aktiválása váltja ki az I. késői profázisban. Az orsó-összeállítás ellenőrzőpontja ezután megvizsgálja a mikrotubulusok kinetokorokhoz való kapcsolódását , majd az I. metafázis elindítását az APC Cdc20 . A meiózisban a specifikus kromoszómaszétválasztás, az I. meiózisban a homológ kromoszóma elválasztás és a II. meiózisban a kromatidek elválasztása specifikus feszültséget igényel a homológ kromatidák és a nem homológ kromatidák között a mikrotubulusok kapcsolódásának megkülönböztetése érdekében, és a programozott DNS kettősszál-töréstől (DSB) és javítástól függ. Ezért a meiotikus rekombinációs ellenőrzőpont egyfajta válasz lehet a DNS-károsodásra egy bizonyos időpontban. Másrészt a meiotikus rekombináció ellenőrzőpontja azt is biztosítja, hogy a meiotikus rekombináció minden homológpárban ténylegesen megtörténjen.
Az M-Cdk hirtelen megjelenése az I. fázis késői szakaszában az Ime2-ből, Ndt80-ból és a Cdk/ciklin komplexből álló transzkripciós szabályozás pozitív visszacsatolási hurkától függ. Az M-Cdk aktiválását azonban a közös Wee1 / Cdc25 foszforilációs kapcsoló szabályozza . A Wee1 aktivitása magas a korai I. profázisban, és a Cdc25 felhalmozódása közvetlen foszforilációval aktiválja az M-Cdk-t, és megjelöli a Wee1-et a lebomlásra. A meiotikus rekombináció egy kettős szál szakadással kezdődhet, amelyet akár a Spo11 [2] , akár a DNS-károsodás egyéb endogén vagy exogén okai indukálnak. Ezeket a DNS-töréseket az I. metafázis előtt, és ezeket a DSB-ket az I. metafázis előtt meg kell javítani. A sejtek az ATM -útvonalon keresztül szabályozzák ezeket a DSB-ket , amelyekben a Cdc25 leszabályozódik, ha DSB-károsodást észlelnek. Ez az útvonal analóg a klasszikus DNS-károsodási reakcióval, és ez az a rész, amelyet a legjobban ismerünk a meiotikus rekombináció ellenőrzőpontjában.
Egy DSB-független útvonalat fedeztek fel, amikor emberek spo11 mutáns sejteket tanulmányoztak bizonyos fajokban, és megállapították, hogy ezek a Spo11 sejtek még DSB hiányában sem tudnak átalakulni az I. metafázisba [3] . Ezeknek a DSB-knek a közvetlen célja a kromoszómák kondenzációjának elősegítése. Bár a homológok kezdeti kötődése a korai leptoténben egyszerűen véletlenszerű kölcsönhatások, a preszinaptikus igazodás további előrehaladása a kettős szálú törések és az egyszálú transzfer komplexek kialakulásától függ [1] [4] . Ezért a Spo11 sejtekben lévő, nem szinaptikus kromoszómák lehetnek az ellenőrzőpont célpontjai. Az AAA-adenozin-trifoszfatáz (AAA-ATPáz) fontos szerepet játszik ebben az útvonalban [5] , de a mechanizmus még nem tisztázott. Néhány más tanulmány is felhívta a figyelmet a nemi testek kialakulására, és a jelátvitel lehet strukturális vagy transzkripciós szabályozás, például a nemi kromoszómák meiotikus inaktiválása [6] [7] . Ezen a kaszkádon belül a szinapszis megszakítása fenntartja a nemi kromoszómákból származó gének expresszióját, és bizonyos élelmiszerek gátolhatják a sejtciklus előrehaladását. A meiotikus ivari kromoszóma inaktiválása csak férfiakban fordul elő, ami részben oka lehet annak, hogy csak a Spo11 mutáns spermatociták, de a petesejtek nem tudnak átmenni az I. profázisból az I. metafázisba [3] [8] . Az aszinapszis azonban nem csak a nemi kromoszómákon belül fordul elő, és az ilyen transzkripciós szabályozást felfüggesztették, amíg az összes kromoszómára át nem terjedt a nem szinaptikus kromatin meiotikus csendje formájában [9] , de az effektor gént még nem fedezték fel.
MacQueen és Hochwagen [10] , valamint Subramanian [11] Saccharomyces cerevisiae , Caenorhabditis elegans , Schizosaccharomyces pombe és Drosophila áttekintette az emberi és egér CHEK1 és CHEK2 , valamint ortológjaik meiózisában betöltött központi szerepét . Emberekben és egerekben a meiotikus rekombináció során a CHEK1 protein kináz fontos szerepet játszik a DNS-károsodás helyreállításának és a sejtciklus leállításának integrációjában [12] . A CHEK1 a herében expresszálódik, és a zigonéma és a pachynema stádiumában a meiotikus szinaptonemális komplexekhez kapcsolódik [12] . A CHEK1 valószínűleg az ATM és ATR jelek integrálójaként működik a meiotikus rekombináció monitorozásában is [12] . Egér petesejtekben úgy tűnik, hogy a CHEK1 szükséges az I. profázis leállításához és a G2/M ellenőrzőpont működéséhez [13] .
A CHEK2 szabályozza a sejtciklus lefolyását és az orsó - összeállítást az egér petesejtek érése és a korai embrionális fejlődés során [14] . Bár a CHEK2 egy downstream ATM kináz effektor , amely elsősorban a kétszálú törésekre reagál, az ATR kináz (ataxia-telangiectasia és Rad3) is aktiválhatja, amely elsősorban az egyszálú törésekre reagál. Egerekben a CHEK2 szükséges a DNS-károsodás nyomon követéséhez nőstény meiózisban . A DNS kettős szálú törési sérülésére adott petesejtek válasza az útvonalak hierarchiáját foglalja magában, amelyben az ATR kináz továbbítja a CHEK2 jelet, amely aztán aktiválja a p53 és p63 fehérjéket [15] .
A Drosophila gyümölcslégyben a csíravonal sejtek besugárzása kétszálú töréseket idéz elő, amelyek sejtciklus leálláshoz és apoptózishoz vezetnek . A Drosophila mnk CHEK2 ortológ és a p53 dp53 ortológ szükséges a korai oogenezis során észlelt sejthalál nagy részéhez , amikor a petesejtek szelekciója és meiotikus rekombinációja következik be [16] .
Az Ndt80 egy meiózis-specifikus transzkripciós faktor, amely a meiózis és a spóraképzés sikeres befejezéséhez szükséges [17] . A fehérje felismeri és kötődik a középső sporulációs elemhez (MSE) az 5'-C[AG]CAAA[AT]-3' stádium-specifikus gének promoter régiójában, amelyek szükségesek a meiózishoz és a spórák kialakulásához [17] [18] [ 19] . Az Ndt80 DNS-kötő doménjét izolálták, és szerkezete azt mutatja, hogy ez a fehérje a transzkripciós faktorok Ig-szeres családjának tagja [20] . Az Ndt80 a SUM1 represszorral is versenyez az MSE-t tartalmazó promoterekhez való kötődésért [21] .
Amikor a mutáció inaktiválja az Ndt80-at bimbózó élesztőben, a meiotikus sejtek hosszú késést mutatnak a késői pachyténben, a profázis harmadik szakaszában [22] . A sejtek érintetlen szinaptonemális komplexeket mutatnak, de végül megállnak a pachytént követő diffúz kromatin stádiumban. Ez az ellenőrzőpont által közvetített leállás megakadályozza a későbbi események bekövetkezését, amíg a korábbi események sikeresen be nem fejeződnek, és megakadályozza a kromoszómák téves szegregációját [23] [24] .
Az NDt80 kritikus fontosságú a profázis befejezéséhez és az 1-es meiózisba való belépéshez, mivel serkenti nagyszámú meiózis középső génjének expresszióját. Az Ndt80-at transzkripciós és poszttranszlációs mechanizmusok (azaz foszforiláció) szabályozzák.
Interaction with Clb1Az Ndt80 serkenti a B-típusú ciklin Clb-1 expresszióját, amely erős kölcsönhatásba lép a Cdk1-gyel a meiotikus osztódások során [25] . A Clb-1 és a Cdk1 aktív komplexei fontos szerepet játszanak az első meiotikus osztódás eseményeinek kiváltásában, és aktivitásuk a meiózis 1-re korlátozódik [26] .
Interakció az Ime2-velAz Ndt80 serkenti önmaga expresszióját és az Ime2 protein kináz expresszióját, ami viszont tovább stimulálja az Ndt80-at. Az Ndt80 fehérje megnövekedett mennyisége tovább fokozza a célgének transzkripcióját [24] . Az 1. meiózis kezdetén az Ime2 aktivitása megnő, és szükséges az Ndt80 normál felhalmozódásához és aktivitásához. Ha azonban az Ndt80 idő előtt expresszálódik, akkor kezdetben változatlan formában halmozódik fel. Az Ime2 ezután meiózis-specifikus kinázként is működhet, amely foszforilálja az Ndt80-at, ami egy teljesen aktivált Ndt80-at eredményez [27] .
Plk kifejezésAz Ndt80 serkenti a szexszerű kinázt, a Plk-t kódoló gén expresszióját. Ez a fehérje a késői pachyténben aktiválódik, és szükséges a keresztezés kialakulásához és a kromoszómakar kohéziójának részleges elvesztéséhez. A Plk szükséges és elegendő is a pachypontokból való kilépés kiváltására [28] [29] .
A rekombinációs modellA meiotikus rekombináció ellenőrzőpontja a meiotikus rekombináció és a kromoszómális szinapszis hibáira reagálva potenciálisan megakadályozza a sejtek meiotikus osztódásokba való bejutását [30] . Mivel a rekombinációt a kétszálú törések (DSB) indítják el a genom bizonyos régióiban, az 1. meiózisba való belépést el kell halasztani, amíg a DSB-ket meg nem javítják [31] . Ebben fontos szerepet játszik a Mek1 meiózis-specifikus kináz, és a közelmúltban kiderült, hogy a Mek1 képes az Ndt80-at az IME2-től függetlenül foszforilálni. Ez a foszforiláció azonban gátló hatású, és megakadályozza, hogy az Ndt80 kötődjön az MSE-hez DSB jelenlétében [32] .
A heterokarionos inkompatibilitást (HI) a gombás immunrendszerrel hasonlították össze [33] ; ez egy nem önfelismerési mechanizmus, amely mindenütt jelen van a gombák királyságának Asomycota törzsének fonalas képviselői között [34] . A Vib-1 az Ndt80 homológja a Neurospora crassa -ban , és ebben a fajban szükséges a HI-hez. Úgy találták, hogy a vib1 lókusz mutációi elnyomják az idegen felismerést, és a VIB-1 szükséges a downstream HI-vel kapcsolatos effektorok, például az extracelluláris proteázok termeléséhez [35] [36] .
Női szexuális fejlődésTanulmányok kimutatták, hogy az Ndt80 homológok a szélesebb körben vizsgált Saccharomyces cerevisiae -től eltérő gombafajoknál is szerepet játszanak a női nemi fejlődésben [35] [37] . Azt találták, hogy a vib-1 mutációi befolyásolják a női reproduktív struktúrák időzítését és fejlődését a megtermékenyítés előtt [37] .
Bár az Ndt80 DNS-kötő doménje általában megtalálható élesztőben és más gombákban, homológ számos magasabb rendű eukarióta fehérjével, és a kötéshez használt aminosavak erősen konzerváltak. Emberben az Ndt80 homológ C11orf9 erősen expresszálódik invazív vagy metasztatikus daganatsejtekben, ami arra utal, hogy potenciálisan célmolekulaként használható a rákterápiában [38] . Ebben az irányban azonban kevés előrelépés történt az elmúlt években.
| sejtciklus | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Fázisok |
| ||||||||||
| Szabályozók |
| ||||||||||