לדלג לתוכן

משתמש:Lihoro/טיוטה

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
מבנה הקומפלקס הסינפטונמי ביונקים. בתמונה מופיעים האלמנטים השונים בקומפלקס: אלמנט מרכזי (CE), סיבים רוחביים (TF), ואלמנטים צדדיים (LE). בורוד מודגשים שני צירים הבנויים מחלבוני הcohesins המחברים בין כרומטידות אחיות (סלילים ורודים). CE וTF מרכיבים יחד את האזור המרכזי (CR), ובמרכזו recombination nodules (RN).[1]

הקומפלקס הסינפטונמי (Synaptonemal complex) הינו קומפלקס חלבוני שנוצר בשלב הפרופאזה במהלך המיוזה הראשונה, והוא חיוני לצימוד, ולאחר מכן להפרדה תקינה של הכרומוזומים ההומולוגיים בתאי המין של מרבית האאוקריוטים.[2] בשלב הפרופאזה של מיוזה I, הקומפלקס מחבר את הכרומוזומים ההומולוגיים זה לזה לכל אורכם, תוך יצירת צמתי חיבור (סינפסיס).[3] הקישור בין כרומוזומים הומולוגיים, הוא שמאפשר שחלוף של דנ"א ביניהם, תוך כדי תיקון של שברים דו-גדיליים.[4] על אף שהקומפלקס חיוני לקישור הפיזי שבין הכרומוזומים ההומולוגיים, הוא אינו משתתף בתהליך הצימוד הראשוני ביניהם. הקומפלקס נוצר רק לאחר סידור הכרומוזומים זה מול זה במיוזה. כמו כן, היווצרותו אינה תלויה בהומולוגיה מלאה בין כרומוזומים והוא יווצר גם במצב של הטרו-סינפסיס בין כרומוזומים שאינם הומולוגיים לכל אורכם, כמו למשל בין כרומוזומי מין בזכרים ביונקים (כרומוזומי X ו-Y).[5]

מבנה הקומפלקס  

[עריכת קוד מקור | עריכה]

הקומפלקס הסינפטונמי בנוי משלושה מרכיבים. שני אלמנטים צדדיים מקבילים (lateral elements), דמויי פסי רכבת, ואזור מרכזי (central region) ברוחב של כ-100 ננומטר.[6] האלמנטים הצדדיים נגזרים מאלמנטים ציריים חלבוניים (axial elements) המשמשים כפיגומים עבור הכרומוזומים, והם מעגנים אליהם את לולאות הכרומטין המסודרות באופן לינארי זו אחר זו.[7] נהוג להתייחס לרכיבים הציריים בתוך הקומפלקס הסינפטונמי (לאחר תהליך הסינפסיס) כאלמנטים צדדיים. מרבית הגנים המקודדים לחלבונים הדרושים ליצירת הקומפלקס, כולל חלבונים המרכיבים את ה"פיגומים", האלמנטים הציריים, מתבטאים רק בזמן תהליך המיוזה. היווצרות ופירוק הקומפלקס תלויים בשינויים במבנה הכרומטין המתרחשים בשלב הפרופאזה הראשונה.[8]

הרכיבים הצדדיים מורכבים ממגוון חלבונים ביצורים שונים, אך במרביתם ישנו חלבון בעל איזור מבני (דומיין) HORMA.[4] חלבוני הHORMA נקשרים לפפטידים קצרים על גבי הקצה הקרבוקסילי של חלבונים, הנקראים מוטיבי סגירה (closure motifs). כמו כן, בדרך כלל קיימים באלמנטים הצדדיים חלבונים ממשפחת ה-cohesins וחלבוני ליבה. חלבוני cohesins קושרים דנ"א; לכן, משערים, שראשית הם נקשרים לכרומטין, ויתר חלבוני הרכיבים הצדדיים מורכבים על גביהם.[4] חלבוני הליבה מכילים סלילים מלופפים, היוצרים סיבים ומהווים החלק הקשיח של ה'פיגום'. ביונקים, והרכיבים הצדדיים מורכבים בעיקר מחלבוני SYCP3, וגם מחלבוני SYCP2.[5]

שני הרכיבים הציריים מחוברים על ידי סיבים (פילמנטים) רוחביים המרכיבים את האזור המרכזי. האזור המרכזי מורכב מאלמנט מרכזי (central element) ומסיבים רוחביים. הסיבים הרוחביים מורכבים מסלילים מלופפים ושני אזורים מעובים סימטריים, המכונים עמודים (pillars), אשר תוחמים את האזור המרכזי.[3] ביונקים, הסיבים הרוחביים מורכבים בעיקר מחלבוני SYCP1, כאשר הקצה הקרבוקסילי שלהם פונה לרכיבים הצדדיים, ואילו הקצה האמיני שלהם חופף עם חלבוני הרכיב המרכזי (ראו בהמשך התייחסות למבנה הקומפלקס ביצורים אחרים).[9] חלבוני הרכיב המרכזי (SYCE) תורמים ליציבות הקומפלקס הסינפטונמי.[5] במרכז האזור המרכזי נמצאים קומפלקסים בעלי צפיפות אלקטרונים גבוהה הנקראים recombination nodules. הם המשמשים כאתר עגינה עבור חלבונים המצטברים בעת התהוות אתרי השחלוף.[10]

על אף שנראה, כי לקומפלקס מבנה מאורגן ומסודר, התברר כי לקומפלקס מרכיבים ניידים בעלי תכונות דמויות נוזל.[2]

היווצרות ופירוק הקומפלקס במהלך הפרופאזה הראשונה

[עריכת קוד מקור | עריכה]

בעכבר ובשמרים, הקומפלקס הסינפטונמי מתחיל להיווצר בשלב הראשון של הפרופאזה, בשלב ה- Leptotene. בשלב זה הכרומוזומים אינם דחוסים. הרכיבים הציריים מתחילים להיווצר לאורך אחת הכרומטידות בכל זוג של כרומוזומים הומולוגיים, עד ליצירת מבנה המשמש כפיגום, כאשר לולאות הכרומטין מאונכות לו. [10][11]

בשלב ה- zygotene הרכיבים הציריים כבר הושלמו, והאזור המרכזי מתחיל להיווצר. רכיב זה קושר בין שני הרכיבים הציריים, ליצירת צמתי קישור - סינפסיס. בסוף שלב זה הרכיב המרכזי מושלם, והוא מחבר בין הרכיבים הציריים, הנקראים כעת רכיבים צדדיים לכל אורך הכרומוזומים.[10][11]

לאחר מכן, בשלב ה- pachytene הכרומוזומים ההומולוגיים כבר מחוברים לכל אורכם. בשלב זה מתרחש תהליך השחלוף, ולאחריו הכרומוזומים נארזים ונדחסים לקראת החלוקה. לקראת סוף שלב זה, האזור המרכזי של הקומפלקס הסינפטונמי מתחיל להתפרק, והכרומוזומים ההומולוגיים מתחילים להידחות זה מזה.[10][11]

בשלב ה- diplotene הכרומוזומים ההומולוגיים נעים לכיוונים מנוגדים, והרכיבים הצדדיים מתחילים להתפרק. עד סוף שלב זה הקומפלקס הסינפטונמי מתפרק כולו, אך הכרומוזומים ההומולוגיים עוד קשורים דרך הצמתים בהם נערכים שחלופים - הכיאזמטה.[10][11]

תפקידים וחשיבות של הקומפלקס הסינפטונמי

[עריכת קוד מקור | עריכה]

לקומפלקס הסינפטונמי מספר תפקידים משוערים. מחד, הוא נחוץ להשלמת תהליך השחלוף, בין היתר ליצירת כיאזמה באתר השחלוף, המאפשרת היפרדות תקינה של ההומולוגים.[8] כמו כן, נתגלה כי מחסור בקומפלקס הסינפטונמי גורם לירידה במספר השיחלופים, ולעלייה בכשל בהפרדת זוגות הכרומוזומים ההומולוגיים לאחר חלוקת התא (non-disjunction). מאידך, הוא גם משתתף בבקרת מספר השיחלופים, ונחוץ להגבלת מספר אירועי השחלוף.[2] כיוון שהקומפלקס הסינפטונמי הינו גורם מרכזי ביצירת כיאזמות, יש לו תפקיד בהפרדה תקינה של הכרומוזומים במהלך המיוזה.[12] אי היפרדות כרומוזומים הומולוגיים בזמן מיוזה באדם הינה גורם עיקרי להפלות, ולמחלות גנטיות כמו תסמונת דאון.[9][13]

תפקיד הקומפלקס הסינפטונמי בהשלמת תהליך שחלוף תקין

[עריכת קוד מקור | עריכה]

בדרך כלל, שחלוף מתבצע בעקבות שבירה יזומה של הדנ"א הדו גדילי. לאחר מכן, השבר מאוחה על ידי מנגנון תיקון דנ"א מיוחד המהווה חלק מתהליך השחלוף. סוג מנגנון תיקון הדנ"א אשר ישמש לאיחוי השבר, נקבע כבר בשלב יצירת השבר היזום.[14] נמצא, כי לחלבונים באזור המרכזי של הקומפלקס הסינפטונמי יש תפקיד בהשלמת תהליך השחלוף בחיית המודל, התולעת C. elegans. בשלב ה pachytene המאוחר, חלבוני האזור המרכזי יוצרים מבנה המזכיר בועה, באתרים המיועדים לשחלוף, ומקיפים קבוצת חלבוני תיקון דנ"א הנכנסים בין שכבות האזור המרכזי.[15]

תפקיד הקומפלס בתהליך ה"הפרעה"

[עריכת קוד מקור | עריכה]

הקומפלקס הסינפטונמי נחוץ להשלמת תהליך השחלוף, אך יש הטוענים כי הקומפלקס מעורב גם בבקרה על מספר ופיזור השיחלופים על גבי הכרומוזומים ההומולוגיים,[12] בתהליך המכונה "הפרעה" (interference). מעורבות זו יכולה להסביר מדוע לא כל שבר דו גדילי בדנ"א הופך לאתר שחלוף בזמן הפרופאזה הראשונה. בתוך כך, מחקר שנעשה בתולעת C. elegans הראה, כי פגיעה בחלבוני האזור המרכזי, הובילה לעלייה במספר השיחלופים ובהקטנת המרחק ביניהם.[12]

יתר על כן, הראו כי חלבוני האזור המרכזי, חלבוני SYP, ב-C. elegans משתתפים בתהליך ה"הפרעה". כאשר פגעו חלקית בחלבוני ה-SYP, תהליך זה נפגע ונצפתה עלייה במספר אירועי השחלוף וירידה במרחקים בין שיחלופים.[2][12] מחקר בצמח Arabidopsis thaliana חשף קשר בין הקומפלקס הסינפטונמי לתהליך ה"הפרעה", מה שמדגים את המעורבות הכללית של הקומפלקס הסינפטונמי בשחלופים הן בבעלי חיים והן בצמחים.[16]

מנגנון הבקרה של תהליך ה"הפרעה" אינו ידוע, אך הראו כי באזורים המועדים לשחלוף (hot spots), הקומפלקס הסינפטונמי עובר מודיפיקציות ביוכימיות ופיזיקליות כגון זירחון.[17][18] יתכן כי שינויים אלה מהווים אותות המשמשים להגבלת מספר אתרי השחלוף. מחקר בתולעת  C. elegans גילה, כי גיוס הקינאז PLK-2 לקומפלקס הסינפטונמי במהלך ה-pachytene, מוביל לזירחון ואינאקטיבציה של CHK-2. זהו קינאז מיוטי המשתתף בין היתר ביצירת שברים דו-גדיליים ובייעוד שלהם לאתרי שחלוף. אינאקטיבציה של CHK-2 פוגעת ביצירת השברים הדו-גדיליים וכך מעורבת בבקרה על מספר אתרי השחלוף.[18]

מחקר בשמר האפייה - S. cerevisiae גילה כי חלבוני הרכיבים הצדדיים מעורבים בבקרה על מספר אתרי השחלוף.[19] ירידה בכמות החלבונים בעל דומיין הHORMAD, אשר מגייסים את החלבונים האחראיים ליצירת השברים הדו-גדיליים, מתרחשת במקביל להיווצרות הקומפלקס הסינפטונמי ותהליך הסינפסיס. לפיכך, בזמן היווצרות הקומפלקס הסינפטונמי, ישנו גיוס מופחת של חלבונים המעורבים ביצירת השברים הדו-גדיליים באזורים מסוימים.

הקומפלקס הסינפטונמי לאורך האבולוציה

[עריכת קוד מקור | עריכה]

הקומפלקס הסינפטונמי נמצא במרבית היצורים המתרבים מינית, בצמחים, משמרים ועד יונקים. מבנה הקומפלקס שמור באבולוציה, בניגוד לרצפים החלבוניים המרכיבים אותו, אך קיימים הבדלים בין יצורים שונים.[20] מבנה הקומפלקס נבדל בעיקר בסידור האזור המרכזי, ובעובי הרכיב המרכזי והרכיבים הצדדיים. בנקבת זבוב הדרוזופילה למשל, נתגלה כי הקומפלקס הסינפטונמי מורכב משתי שכבות, בשונה מהחיפושית B. cribrosa, העכבר והעכברוש, להם קומפלקס רב שכבתי.[21]

עם זאת, משערים כי לקומפלקס הסינפטונמי בבעלי חיים מקור קדום משותף, המורכב משלושת חלבוני SYCP ו-.SYCE2 הרכב ומבנה זה נמצא שמור באבולוציה מעכבר (ממערכת היונקים) ועד ההידרה (ממערכת הצורבים), למעט יצורים יוצאי דופן.[22]  לקומפלקס הסינפטונמי אבולוציה דינאמית, וביצורים שונים נצפו חלבונים חלופיים מאלה המרכיבים את הקומפלקס הקדום או חלבונים אשר נוספו לקומפלקס במהלך האבולוציה. כך למשל, ביונקים הקומפלקס מכיל את החלבונים SYCE1/3. כמו כן, נתגלו יצורים המתרבים מינית (S. pombe ו- A. nidulans), בהם נצפה תהליך מיוזה תקין, אך ללא הקומפלקס הסינפטונמי.[8]

ראו גם

[עריכת קוד מקור | עריכה]

הערות שוליים

[עריכת קוד מקור | עריכה]
  1. ^ Elena Llano, Alberto M. Pendás, Synaptonemal Complex in Human Biology and Disease, Cells 12, 2023-06-25, עמ' 1718 doi: 10.3390/cells12131718
  2. ^ 1 2 3 4 Spencer G. Gordon, Lisa E. Kursel, Kewei Xu, Ofer Rog, Synaptonemal Complex dimerization regulates chromosome alignment and crossover patterning in meiosis, PLOS Genetics 17, 17 במרץ 2021, עמ' e1009205 doi: 10.1371/journal.pgen.1009205
  3. ^ 1 2 Cori K. Cahoon, R. Scott Hawley, Regulating the construction and demolition of the synaptonemal complex, Nature Structural & Molecular Biology 23, 2016-05, עמ' 369–377 doi: 10.1038/nsmb.3208
  4. ^ 1 2 3 Spencer G. Gordon, Ofer Rog, Building the synaptonemal complex: Molecular interactions between the axis and the central region, PLOS Genetics 19, 20 ביולי 2023, עמ' e1010822 doi: 10.1371/journal.pgen.1010822
  5. ^ 1 2 3 Elena Llano, Alberto M. Pendás, Synaptonemal Complex in Human Biology and Disease, Cells 12, 2023-01, עמ' 1718 doi: 10.3390/cells12131718
  6. ^ Cathleen M. Lake, R. Scott Hawley, Synaptonemal complex, Current Biology 31, 2021-03, עמ' R225–R227 doi: 10.1016/j.cub.2021.01.015
  7. ^ Lexy von Diezmann, Ofer Rog, Let's get physical – mechanisms of crossover interference, Journal of Cell Science 134, 2021-05-15 doi: 10.1242/jcs.255745
  8. ^ 1 2 3 Christa Heyting, Synaptonemal complexes: structure and function, Current Opinion in Cell Biology 8, 1996-06-01, עמ' 389–396 doi: 10.1016/S0955-0674(96)80015-9
  9. ^ 1 2 Ian R. Adams, Owen R. Davies, Meiotic Chromosome Structure, the Synaptonemal Complex, and Infertility, Annual Review of Genomics and Human Genetics 24, 2023-08-25, עמ' 35–61 doi: 10.1146/annurev-genom-110122-090239
  10. ^ 1 2 3 4 5 Anton Svetlanov, Paula E Cohen, Mismatch repair proteins, meiosis, and mice: understanding the complexities of mammalian meiosis, Experimental Cell Research 296, 2004-05-15, עמ' 71–79 doi: 10.1016/j.yexcr.2004.03.020
  11. ^ 1 2 3 4 Sarah N. Ur, Kevin D. Corbett, Architecture and Dynamics of Meiotic Chromosomes, Annual Review of Genetics 55, 2021-11-23, עמ' 497–526 doi: 10.1146/annurev-genet-071719-020235
  12. ^ 1 2 3 4 Diana E. Libuda, Satoru Uzawa, Barbara J. Meyer, Anne M. Villeneuve, Meiotic chromosome structures constrain and respond to designation of crossover sites, Nature 502, 2013-10, עמ' 703–706 doi: 10.1038/nature12577
  13. ^ James H. Crichton, James M. Dunce, Orla M. Dunne, Lucy J. Salmon, Paul S. Devenney, Jennifer Lawson, Ian R. Adams, Owen R. Davies, Structural maturation of SYCP1-mediated meiotic chromosome synapsis by SYCE3, Nature Structural & Molecular Biology 30, 2023-02, עמ' 188–199 doi: 10.1038/s41594-022-00909-1
  14. ^ Scott L. Page, R. Scott Hawley, THE GENETICS AND MOLECULAR BIOLOGY OF THE SYNAPTONEMAL COMPLEX, Annual Review of Cell and Developmental Biology 20, 2004-11-01, עמ' 525–558 doi: 10.1146/annurev.cellbio.19.111301.155141
  15. ^ Alexander Woglar, Anne M. Villeneuve, Dynamic Architecture of DNA Repair Complexes and the Synaptonemal Complex at Sites of Meiotic Recombination, Cell 173, 2018-06, עמ' 1678–1691.e16 doi: 10.1016/j.cell.2018.03.066
  16. ^ Laia Capilla-Pérez, Stéphanie Durand, Aurélie Hurel, Qichao Lian, Aurélie Chambon, Christelle Taochy, Victor Solier, Mathilde Grelon, Raphael Mercier, The synaptonemal complex imposes crossover interference and heterochiasmy in Arabidopsis, Proceedings of the National Academy of Sciences 118, 2021-03-23 doi: 10.1073/pnas.2023613118
  17. ^ Laura I. Láscarez-Lagunas, Saravanapriah Nadarajan, Marina Martinez-Garcia, Julianna N. Quinn, Elena Todisco, Tanuj Thakkar, Elizaveta Berson, Don Eaford, Oliver Crawley, Alex Montoya, Peter Faull, Nuria Ferrandiz, Consuelo Barroso, Sara Labella, Emily Koury, Sarit Smolikove, Monique Zetka, Enrique Martinez-Perez, Monica P. Colaiácovo, ATM/ATR kinases link the synaptonemal complex and DNA double-strand break repair pathway choice, Current Biology 32, 2022-11, עמ' 4719–4726.e4 doi: 10.1016/j.cub.2022.08.081
  18. ^ 1 2 Liangyu Zhang, Weston T Stauffer, John S Wang, Fan Wu, Zhouliang Yu, Chenshu Liu, Hyung Jun Kim, Abby F Dernburg, Recruitment of Polo-like kinase couples synapsis to meiotic progression via inactivation of CHK-2, eLife 12, 2023-01-26, עמ' e84492 doi: 10.7554/eLife.84492
  19. ^ Vijayalakshmi V. Subramanian, Xuan Zhu, Tovah E. Markowitz, Luis A. Vale-Silva, Pedro A. San-Segundo, Nancy M. Hollingsworth, Scott Keeney, Andreas Hochwagen, Persistent DNA-break potential near telomeres increases initiation of meiotic recombination on short chromosomes, Nature Communications 10, 2019-02-27, עמ' 970 doi: 10.1038/s41467-019-08875-x
  20. ^ Johanna Fraune, Céline Brochier-Armanet, Manfred Alsheimer, Jean-Nicolas Volff, Katharina Schücker, Ricardo Benavente, Evolutionary history of the mammalian synaptonemal complex, Chromosoma 125, 2016-06-01, עמ' 355–360 doi: 10.1007/s00412-016-0583-8
  21. ^ Cori K. Cahoon, Zulin Yu, Yongfu Wang, Fengli Guo, Jay R. Unruh, Brian D. Slaughter, R. Scott Hawley, Superresolution expansion microscopy reveals the three-dimensional organization of the Drosophila synaptonemal complex, Proceedings of the National Academy of Sciences 114, 2017-08-15 doi: 10.1073/pnas.1705623114
  22. ^ Johanna Fraune, Céline Brochier-Armanet, Manfred Alsheimer, Jean-Nicolas Volff, Katharina Schücker, Ricardo Benavente, Evolutionary history of the mammalian synaptonemal complex, Chromosoma 125, 2016-06-01, עמ' 355–360 doi: 10.1007/s00412-016-0583-8
אוחזר מתוך "https://he.wikipedia.org/w/index.php?title=משתמש:Lihoro/טיוטה&oldid=39440525"