MEIOSI

LA MEIOSI GENERA LE DIVERSITA’ LA MITOSI E’ UN PROCESSO CONSERVATIVO

Fasi della Meiosi DIVISIONE RIDUTTIVA PROFASE I 1. leptotene ANAFASE I: i componenti di una coppia di cromosomi omologhi si dirigono verso i poli opposti; i centromeri non si sono divisi quindi i cromosomi sono composti da due cromatidi e sono detti diade PROFASE I 1.    leptotene 2.    zigotene (sinapsi) 3.    pachitene (crossing-over; tetrade) 4.    diplotene (chiasmi) 5.    diacinesi TELOFASE I: 2 cellule figlie con meta’ dei cromosomi formati ciascuno da due cromatidi METAFASE I

II DIVISIONE MEIOTICA PROFASE II METAFASE II ANAFASE II: si dividono i cromatidi di ciascun cromosoma TELOFASE II: citocinesi  4 cellule con metà numero dei cromosomi formati ciascuno da un cromatide

Crossing over: rottura e scambio di parti di cromatidi e loro successiva ricongiunzione.

Struttura di un cromosoma metafasico secondo il modello dei domini ad ansa o a loops radiali L’impalcatura, o scaffold, è costituita da una trentina di proteine non-istoniche in gran parte comuni alla matrice nucleare. Il DNA delle anse risulta espanso lateralmente, perché col trattamento sono stati estratti i core istonici nucleosomiali, che normalmente tengono impacchettato il DNA in strutture che sporgono solo di 3-4 m dall’asse cromosomico

APPAIAMENTO

stadio di zigotene. Nello zigonema i cromosomi omologhi cominciano ad appaiarsi in modo altamente specifico, punto per punto, come i due elementi di una chiusura lampo. Questo appaiamento è detto sinapsi. La sinapsi è quel processo mediante il quale i cromosomi omologhi si appaiano durante la profase I. L'appaiamento è dovuto ad un complesso proteico, chiamato complesso sinaptinemale, che funge da cerniera e tiene stretti i cromosomi. Poiché la replicazione è già avvenuta, ciascuna serie di cromosomi sinaptici è costituita da 4 cromatidi e viene indicata col termine di serie bivalente o tetrade

Il complesso sinaptinemale L’appaiamento punto per punto di ciascuna coppia di omologhi risulta diretto da una particolare struttura proteica che compare in zigotene, perdura in pachitene e scompare più tardi: si tratta del complesso sinaptinemale, formazione nastriforme interposta fra gli omologhi, che quindi non sono a diretto contatto, composta da tre zone disposte in parallelo lungo l’asse longitudinale del complesso.

Immunolocalization of cohesin subunits (green) and synaptonemal complex proteins SCP1 (fuchsia) and SCP3 (red) in human spermatocytes. CREST (anticentromere antibody, blue). AE (synaptonemal complex axial elements). CE (synaptonemal complex central element). CA (cohesin axis).

Model of the synaptonemal complex structure Model of the synaptonemal complex structure. The synaptonemal complex (SC) is a proteinaceous structure formed by a lateral element (LE), central element (CE) and transverse filaments. The LE comprises cohesins (Rec8/C(2)M/SYN1, STAG3/Rec11, SMC1-   and SMC3), the structural proteins SCP2 and SCP3 and the HORMA-domain proteins Hop1/HIM3/Asy1. The transverse filaments are formed by the proteins Zip1/SCP1/C(3)G/SYP1. (Adapted with permission from Page & Hawley (2004) Annual Review of Cell and Developmental Biology 20 ©2004 by Annual Reviews

Model for the organization of the NE at the attachment sites of meiotic chromosomes. Model for the organization of the NE at the attachment sites of meiotic chromosomes. In meiotic cells Sun2 is exclusively located at the attachment plates, where it is involved in tethering meiotic telomeres to the NE. Within the perinuclear space its C-terminal SUN domain binds to the KASH domain of nesp2G, thus forming a stable fibrillar complex bridging both nuclear membranes. Because nesp2G interacts with cytoplasmic actin via its actin binding domain, the formation of such a complex would link telomeres to the actin cytoskeleton. This model is consistent with recent findings that identified an actin-dependent mechanism for bouquet formation. AP, attachment plate; CE, central element of the SC; NPC, nuclear pore complex; PNS, perinuclear space; ONM, outer nuclear membrane. Schmitt J et al. PNAS 2007;104:7426-7431 ©2007 by National Academy of Sciences

Tale struttura nastriforme è soprattutto costituita da proteine acide alle quali è adeso dell’RNA, ma non si conosce il ruolo che esso svolge nel crossingover. Tali proteine si dispongono a formare unità globulari, dette noduli di ricombinazione, presenti nell’elemento centrale del complesso sinaptinemale. In alcuni organismi, come nei maschi di Drosofila, il complesso sinaptinemico non si forma e in questi casi il crossingover non avviene.

Crossing over

Appaiamento dei cromosomi omologhi durante la metafase I della meiosi Il chiasmo o chiasma (letteralmente dal greco "struttura a croce di chi greca") è la figura retorica in cui si crea un incrocio immaginario tra due coppie di parole, in versi o in prosa, con uno schema sintattico di AB,BA La disposizione contrapposta delle parole può essere raffigurata mediante la lettera greca χ("chi") dell'alfabeto greco. Il risultato visibile del crossing over è una struttura a croce chiamata chiasma. In ciascun chiasma i cromosomi omologhi possono scambiarsi segmenti di cromatidi.

At metaphase I, microtubules of the spindle fibers attach to the sister kinetochores of one homologue, pulling both sister chromatids toward one pole of the cell; sister kinetochores of the other homologue pulling those sisters toward the opposite pole.

Comparison of the mechanisms of chromosome alignment (at metaphase) and separation (at anaphase) in meiotic division I and meiotic division II.

At anaphase I, the cohesin between the chromosome arms breaks down allowing the chiasmata to slip apart. Result: the homologous dyads separate and migrate toward their respective poles

I cinetocori fratelli si separano all’improvviso e ciascuno si muove verso il suo polo trascinando i cromatidi. Separazione dei cromatidi fratelli dipende dalla degradazione della coesina che li ha tenuti insieme La degradazione della Coesina è causata dalla proteasi chiamata separase (noto anche come separina). La separase è tenuta inattiva fino alla tarda metafase da un inibitore la securina chaperone. L’ Anafase inizia quando il complesso di promozione anafase (APC) distrugge securina (inviandola proteasoma) che rilascia così la sua inibizione sulla separase e la separase degrada la coesina

Chromosome segregation during mitosis and meiosis. Chromosome segregation during mitosis and meiosis. (A) Pathways to cohesin loss during mitosis. During prophase, cohesin dissociates from chromosome arms in a manner dependent on Wapl. Once chromosomes are properly bioriented, separase is activated, and this cleaves the remaining cohesin, triggering chromosome segregation. (B) Spatial loss of cohesin during meiosis. Separase-dependent cleavage of cohesin on chromosome arms during meiosis I leads to the resolution of chiasmata and the segregation of homologous chromosomes. Protected pericentromeric cohesin allows sister chromatids to biorient during meiosis II, resulting in separase activation and cleavage of this cohesin. Adele L. Marston Mol. Cell. Biol. 2015;35:634-648

Protection of cohesin by shugoshins. Protection of cohesin by shugoshins. (A) Mechanism of protecting pericentromeric cohesin from cleavage by separase during meiosis I. Shugoshin recruits PP2A, which prevents Rec8 phosphorylation, making it a poor substrate for separase-dependent cleavage. DDK, Dbf4-dependent kinase. (B) Mechanism of protecting pericentromeric cohesin from dissociation by Wapl during mammalian mitosis. In G1, Wapl can associate with cohesin and make it stable. After S phase, Eco1-dependent acetylation stabilizes cohesin in mammals by associating with sororin, which counteracts Wapl activity. During mitosis, CDK and Aurora B phosphorylate sororin, leading to its release from cohesin and making it susceptible to Wapl. At the pericentromere, shugoshin-PP2A protects cohesin from Wapl activity in two ways: preventing sororin phosphorylation and blocking Wapl binding to SA2. Adele L. Marston Mol. Cell. Biol. 2015;35:634-648

Localization of shugoshins. Localization of shugoshins. A generalized diagram is shown, indicating modes of shugoshin localization. (A) In mammalian cells, shugoshin associates with pericentromeric heterochromatin through an interaction with HP1 protein. (B) In mitosis in the absence of tension between sister kinetochores, shugoshin associates with the pericentromere (inner centromere), which in mammals depends on its phosphorylation at T346, allowing its association with cohesin. This allows localization of its effector proteins to the inner centromere/pericentromere. (C) Shugoshin localization at the pericentromere is sensitive to tension. In mammals, tension between sister kinetochores leads to dephosphorylation of T346 and relocation of Sgo1 to the kinetochore (associated with Bub1-dependent H2A-T120P). In budding yeast, Sgo1 dissociates from the pericentromeric chromatin when sister kinetochores are under tension, in a manner facilitated by PP2A-B′/Rts1. Disassembly of the pericentromeric platform is likely to stabilize the bioriented state by release of shugoshin effectors. Adele L. Marston Mol. Cell. Biol. 2015;35:634-648

Differenze tra mitosi e meiosi