Kontrolní bod meiotické rekombinace monitoruje meiotické rekombinace během meiózy a blokuje vstup do metafáze I , pokud není rekombinace řešena efektivně.
Regulace buněčného cyklu meiózy probíhá podobně jako regulace mitózy . Stejně jako v mitotickém cyklu jsou tyto přechody regulovány kombinacemi různých genových regulačních faktorů, komplexem cyklin-Cdk a komplexem podporujícím anafázi (APC) [1] . První hlavní regulační přechod nastává na konci G1 , kdy je začátek meiotického cyklu aktivován Ime1 namísto Cln3/Cdk1 v mitóze. Druhý hlavní přechod nastává při vstupu do metafáze I. Hlavním účelem tohoto kroku je zajistit, aby replikace DNA proběhla bez chyb, aby se těla vřetenových pólů mohla oddělit. Tato událost je spuštěna aktivací M-Cdk v pozdní profázi I. Kontrolní bod sestavy vřetena pak prozkoumá připojení mikrotubulů ke kinetochorům , následované zahájením metafáze I pomocí APC Cdc20 . Specifická separace chromozomů v meióze, separace homologních chromozomů v meióze I a separace chromatid v meióze II vyžadují specifické napětí mezi homologními chromatidami a nehomologními chromatidami, aby se odlišilo připojení mikrotubulů a závisí na programovaném zlomu dvou řetězců DNA (DSB) a opravě. v profázi I. Proto může být kontrolní bod meiotické rekombinace jakousi reakcí na poškození DNA v určitém časovém okamžiku. Na druhé straně kontrolní bod meiotické rekombinace také zajišťuje, že k meiotické rekombinaci skutečně dochází v každém páru homologů.
Náhlý nástup M-Cdk v pozdní profázi I je závislý na pozitivní zpětnovazební smyčce transkripční regulace sestávající z Ime2, Ndt80 a komplexu Cdk/cyklin. Aktivace M-Cdk je však řízena běžným fosforylačním spínačem Wee1 / Cdc25 . Aktivita Wee1 je vysoká v časné profázi I a akumulace Cdc25 aktivuje M-Cdk přímou fosforylací a značením Wee1 pro degradaci. Meiotická rekombinace může začít dvouřetězcovým zlomem, buď indukovaným Spo11 [2] nebo jinými endogenními či exogenními příčinami poškození DNA. Tyto zlomy DNA musí být opraveny před metafází I a tyto DSB musí být opraveny před metafází I. Buňky kontrolují tyto DSB prostřednictvím ATM dráhy , ve které je Cdc25 downregulován, když je detekováno poškození DSB. Tato cesta je analogická klasické reakci na poškození DNA a je to část, kterou známe nejlépe v kontrolním bodě meiotické rekombinace.
Dráha nezávislá na DSB byla objevena, když lidé studovali mutantní buňky spo11 u některých druhů a zjistili, že tyto buňky Spo11 nemohou zpracovat do metafáze I ani v nepřítomnosti DSB [3] . Přímým účelem těchto DSB je pomoci při kondenzaci chromozomů. Ačkoli počáteční vazba homologů v raném leptotenu je prostě náhodná interakce, další progrese do presynaptického zarovnání závisí na tvorbě dvouřetězcových zlomů a jednořetězcových transferových komplexů [1] [4] . Proto mohou být cílem kontrolního bodu nesynaptické chromozomy v buňkách Spo11 . Bylo zjištěno, že důležitou roli v této dráze hraje AAA-adenosintrifosfatáza (AAA-ATPáza) [5] , ale mechanismus není dosud jasný. Některé další studie také upozornily na tvorbu pohlavních těl a signalizace by mohla být buď strukturální nebo transkripční regulace, jako je meiotická inaktivace pohlavních chromozomů [6] [7] . V rámci této kaskády bude narušení synapse udržovat expresi genů z pohlavních chromozomů a některé potraviny mohou inhibovat progresi buněčného cyklu. K inaktivaci meiotického pohlavního chromozomu dochází pouze u mužů, což může být částečně důvodem, proč pouze mutantní spermatocyty Spo11, nikoli však oocyty, selhávají při přechodu z profáze I do metafáze I [3] [8] . K asynapsi však nedochází pouze v pohlavních chromozomech a taková regulace transkripce byla pozastavena, dokud se nerozšířila do všech chromozomů ve formě meiotického ticha nesynaptického chromatinu [9] , ale efektorový gen dosud nebyl objeven.
Ústřední roli v meióze lidských a myších CHEK1 a CHEK2 a jejich ortologů u Saccharomyces cerevisiae , Caenorhabditis elegans , Schizosaccharomyces pombe a Drosophila zhodnotili MacQueen a Hochwagen [10] a Subramanian [11] Hoch . Během meiotické rekombinace u lidí a myší je proteinkináza CHEK1 důležitá pro integraci opravy poškození DNA se zástavou buněčného cyklu [12] . CHEK1 je exprimován ve varlatech a je spojen s meiotickými synaptonemálními komplexy ve stadiích zygonema a pachynemy [12] . CHEK1 pravděpodobně funguje také jako integrátor signálů ATM a ATR při monitorování meiotické rekombinace [12] . Zdá se, že u myších oocytů je CHEK1 nezbytný pro zastavení profáze I a pro funkci v kontrolním bodě G2/M [13] .
CHEK2 reguluje průběh buněčného cyklu a sestavování vřeténka během zrání myších oocytů a časného embryonálního vývoje [14] . Přestože je CHEK2 následným efektorem ATM kinázy , který reaguje primárně na dvouřetězcové zlomy, může být také aktivován ATR kinázou (ataxia-telangiektázie a Rad3), která primárně reaguje na jednořetězcové zlomy. U myší je CHEK2 vyžadován k monitorování poškození DNA u samičí meiózy . Odpověď oocytů na poškození dvouřetězcového zlomu DNA zahrnuje hierarchii drah, ve kterých ATR kináza přenáší signál CHEK2, který pak aktivuje proteiny p53 a p63 [15] .
U ovocné mušky Drosophila vyvolává ozáření zárodečných buněk dvouvláknové zlomy, které vedou k zastavení buněčného cyklu a apoptóze . Ortolog Drosophila mnk CHEK2 a ortolog p53 dp53 jsou vyžadovány pro velkou část buněčné smrti pozorované v časné oogenezi , kdy dochází k selekci oocytů a meiotické rekombinaci [16] .
Ndt80 je transkripční faktor specifický pro meiózu nezbytný pro úspěšné dokončení meiózy a tvorby spor [17] . Protein rozpoznává a váže se na střední sporulační element (MSE) 5'-C[AG]CAAA[AT]-3' v promotorové oblasti genů specifických pro stádium, které jsou nutné pro meiózu a sporulaci [17] [18] [ 19] . DNA-vazebná doména Ndt80 byla izolována a její struktura ukazuje, že tento protein je členem Ig-fold rodiny transkripčních faktorů [20] . Ndt80 také soutěží s represorem SUM1 o vazbu na promotory obsahující MSE [21] .
Když mutace inaktivuje Ndt80 v pučících kvasinkách, meiotické buňky vykazují dlouhé zpoždění pozdního pachytenu, třetí fáze profáze [22] . Buňky vykazují neporušené synaptonemální komplexy, ale nakonec se zastaví ve stádiu difúzního chromatinu po pachytenu. Toto odstavení zprostředkované kontrolním bodem zabraňuje pozdějším událostem, aby nastaly, dokud dřívější události nebyly úspěšně dokončeny, a zabraňuje chybné segregaci chromozomů [23] [24] .
NDt80 je rozhodující pro dokončení profáze a vstup do meiózy 1, protože stimuluje expresi velkého počtu genů střední meiózy. Ndt80 je regulován prostřednictvím transkripčních a posttranslačních mechanismů (tj. fosforylace).
Interakce s Clb1Ndt80 stimuluje expresi cyklinu Clb-1 typu B, který silně interaguje s Cdk1 během meiotického dělení [25] . Aktivní komplexy Clb-1 s Cdk1 hrají důležitou roli při spouštění událostí prvního meiotického dělení a jejich aktivita je omezena na meiózu 1 [26] .
Interakce s Ime2Ndt80 stimuluje expresi sebe sama a expresi proteinkinázy Ime2, která dále stimuluje Ndt80. Toto zvýšené množství proteinu Ndt80 dále zvyšuje transkripci cílových genů [24] . Na začátku meiózy 1 se aktivita Ime2 zvyšuje a je nutná pro normální akumulaci a aktivitu Ndt80. Pokud je však Ndt80 exprimován předčasně, bude se zpočátku akumulovat ve své nemodifikované formě. Ime2 pak může také působit jako meióza-specifická kináza, která fosforyluje Ndt80, což vede k plně aktivovanému Ndt80 [27] .
Plk výrazNdt80 stimuluje expresi genu kódujícího sex-like kinázu, Plk. Tento protein je aktivován v pozdním pachytenu a je nezbytný pro tvorbu crossoveru a částečnou ztrátu soudržnosti ramene chromozomu. Plk je také nezbytný a postačující ke spuštění výstupu z pachypointů [28] [29] .
Rekombinační modelKontrolní bod meiotické rekombinace funguje jako odpověď na defekty meiotické rekombinace a chromozomální synapse a potenciálně brání buňkám ve vstupu do meiotických dělení [30] . Protože rekombinace je zahájena dvouvláknovými zlomy (DSB) v určitých oblastech genomu, vstup do meiózy 1 musí být odložen, dokud nebudou DSB opraveny [31] . Důležitou roli v tom hraje meióza-specifická kináza Mek1 a nedávno bylo zjištěno, že Mek1 je schopna fosforylovat Ndt80 nezávisle na IME2. Tato fosforylace je však inhibiční a zabraňuje vazbě Ndt80 na MSE v přítomnosti DSB [32] .
Heterokaryonová inkompatibilita (HI) byla srovnávána s houbovým imunitním systémem [33] ; jde o mechanismus bez sebepoznání, který je všudypřítomný mezi vláknitými zástupci kmene Asomycota z království Fungi [34] . Vib-1 je homolog Ndt80 v Neurospora crassa a je vyžadován pro HI u tohoto druhu. Bylo zjištěno, že mutace v lokusu vib1 potlačují cizí rozpoznávání a VIB-1 je vyžadován pro produkci downstream efektorů souvisejících s HI, jako jsou extracelulární proteázy [35] [36] .
Ženský sexuální vývojStudie ukázaly, že homology Ndt80 také hrají roli v ženském sexuálním vývoji u jiných druhů plísní než u více studovaných Saccharomyces cerevisiae [35] [37] . Bylo zjištěno, že mutace ve vib-1 ovlivňují načasování a vývoj ženských reprodukčních struktur před oplodněním [37] .
Ačkoli DNA-vazebná doména Ndt80 se běžně nachází v kvasinkách a jiných houbách, je homologní s řadou vyšších eukaryotických proteinů a zbytky použité pro vazbu jsou vysoce konzervované. U lidí je homolog Ndt80 C11orf9 vysoce exprimován v invazivních nebo metastatických nádorových buňkách, což naznačuje potenciální použití jako cílové molekuly v terapii rakoviny [38] . V tomto směru však bylo v posledních letech dosaženo jen malého pokroku.
| buněčného cyklu | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Fáze |
| ||||||||||
| Regulátoři |
| ||||||||||