MEJOZA - ćwiczenia

UWAGA: W kilku miejscach jest odnośnik do schematu lub tabelki z kserówki. Na tych ćwiczeniach wyjątkowo pozwolili nam odbić kilka folii. Myślę, że nie ma sensu tego przepisywać.

Znaczenie mejozy:

1. Wytwarzanie gamet

• u diplontów

• mejoza prezygotyczna (poprzedza wytworzenie gamet, zapłodnienie i powstanie zygoty - stąd nazwa)

• mejocyty znajdujące się w gonadach (jajnikach i jądrach) przechodzą mejozę (tzw. prezygotyczną), w wyniku której powstają gamety (komórki jajowe i plemniki), które po połączeniu się ze sobą tworzą zygotę

• u roślin okrytonasiennych wyniku podziału mejotycznego komórki macierzystej mejospor powstają 4 mejospory, z których 3 obumierają, a 1 dojrzewa

Powstawanie zarodników (sporów)

• u haplontów - u roślin - u niższych glonów, a także roślin wyższych, od wyższych glonów (brunatnice, krasnorosty) do okrytonasiennych - w przemianie pokoleń

• mejoza postzygotyczna (zachodzi w diploidalnej zygocie)

• spory mają często charakter przetrwalny, po pewnym czasie stają się forma wegetatywną

Oogeneza i spermatogeneza + spermiogeneza - schematy (kserówka)

Podczas oogenezy w diplotenie ma miejsce faza intensywnej transkrypcji na matrycach genów warunkujących prawidłowość rozwijającej się komórki jajowej, czemu towarzyszy wzrost objętości komórki.

Na ćwiczeniach oglądamy oocyt z chromosomem szczoteczkowym, który jest przejawem tej diplotenowej transkrypcji.

Dalej kolejno omówione są stadia mejozy. Dużo się powtarza z wykładem z poprzednich zajęć, więc kiedy naniesiecie poprawki, najlepiej będzie, jeśli połączę je w całość. Co wy na to?

1. Profaza I podziału mejotycznego jest bardzo długa (ponieważ do chromatyd musi być dołączona kohezyna mejotyczna, MPF musi być aktywowany itd.) i dzieli się ją na 5 faz:

1. Leptoten:

• tworzenie się bukietu (zmiana konfiguracji chromosomów w jadrze); u roślin bukiet mniej wyraźny

• powstawanie dwuniciowych przerw w DNA (Double-Strand Breaks, DSBs) (niezbędne, żeby dalej - w pachytenie - zaszedł crossing-over); UWAGA: mejoza achiazmatyczna - brak crossing-over, np. u jedwabnika

DSB stanowią sygnał do uruchomienia szlaku kontrolującego poprawność rekombinacji (pachytenowy checkpoint, kaskada białek - por. dalej)

• montaż kompleksu synaptonemalnego (SC)

Budowa kompleksu synaptonemalnego: UWAGA - DUŻO ZMIAN!

1. kohezyna mejotyczna:

• łączy chromatydy siostrzane

• składa się z 2 rodzajów podjednostek: strukturalnych, tworzących pierścień (Smc1 i Smc3 - takie same jak w kohezynie mitotycznej) oraz regulatorowych (inne niż Scc1 i Scc3 występujące w mitozie)

Podjednostki	S. cerevisiae	S. pombe	C. elegans	kręgowce	człowiek	rośliny	Zamiast ... w kohezyni mitotycznej
Strukturalne		Psm1		Smc1	HSmc1
			Psm3		Smc1	HSmc3
	Regulatorowe	Rec8	Rec8	Rec8	Rec8	Rec8	SYN1	Scc1
			Rec11			STAG3		Scc3

• leży wzdłuż białkowej osi, której rdzeń (element centralny) stanowią białka Zip1 i Scp1 a elementy boczne - lateralne: Red1 i Hop1 dla roślin oraz Scp3 i Scp2 dla ssaków

Drożdże	Red1	Hop1	Zip1
Ssaki	Scp2	Scp3	Scp3
Rośliny		Asy

• chromatydy siostrzane

- wczesne węzły rekombinacyjne (też należą do kompleksu synaptonemalnego)

kohezyna mejotyczna

• łączy chromatydy siostrzane

• składa się z 2 rodzajów podjednostek: strukturalnych, tworzących pierścień (Smc1 i Smc3 - takie same jak w kohezynie mitotycznej) oraz regulatorowych (inne niż Scc1 i Scc3 występujące w mitozie)

Podjednostki	S. cerevisiae	S. pombe	C. elegans	Kręgowce	człowiek	rośliny	Zamiast ... w kohezyni mitotycznej
Strukturalne		Psm1		Smc1	HSmc1
			Psm3		Smc1	HSmc3
	Regulatorowe	Rec8	Rec8	Rec8	Rec8	Rec8	SYN1	Scc1
			Rec11			STAG3		Scc3

Struktura SC (rysunek):

• białkowa oś (kohezyna + inne białka)

• elementy boczne - zasocjowane z białkową osią

Drożdże	Red1	Hop1	Zip1
Ssaki	Scp2	Scp3	Scp3
Rośliny		Asy

• chromatydy siostrzane

widoczne wczesne węzły rekombinacyjne

2. Zygoten

• koniugacja chromosomów homologicznych, tworzenie biwalentów

Zachodzi ona dzięki białkom ZipI (u drożdży) lub Scp2 (u ssaków). Są to białka filamentowe, które na jednym końcu mają domeny wiążące je z DNA, zaś drugi koniec jest wolny. Filamenty te tworzą strefę zachodzenia, co upodabnia to do zamka błyskawicznego (zip).

• wyraźnie widoczne wczesne węzły rekombinacyjne; w nich białka warunkujące crossing-over, zwykle zasocjowane w części lateralnej

Enzymy aktywne w procesie rekombinacji.

Zaznaczono miejsce wystepowania: W - wczesne, P - późne węzły rekombinacyjne.

W	P	Enzym	Prawdopodobna funkcja w rekombinacji
+		Endonukleaza DNA	Otwieranie 1 lub 2 nici w cząsteczce
+		Helikazy	Rozwijanie łańcuchów nukleotydowych
+		Białka SSBP	Stabilizacja rozwiniętego jednoniciowego DNA
+		Topoizomeraza I	Rozwijanie lub zwijanie DNA
+	+	Topoizomeraza II	Porządkowanie struktury nici DNA z zapetleń powstałych po rekombinacji
+		Egzonukleaza DNA	Nadtrawianie wstających wolnych końców łańcuchów DNA
+	+	Polimeraza DNA	Wypełnianie przerw powstałych w łańcuchach nukleotydowych
+	+	Enzymy rekombinacyjne RecA, recBCD, rec1	Programowanie inwazji nici, przemieszczania, formowania petli I migracji rozgałęzień
	+	Enzym RuvC	Rozwiązywanie struktury Hollidaya

3. Pachyten

• późne węzły rekombinacyjne - ich położenie i liczba jest stała, odpowiadają one miejscom rekombinacji

• punkt kontrolny rekombinacji w pachytenie (pachytene checkpoint) - schemat (kserówka)

• Czynnikiem warunkującym jest powstanie DBS. Wolne końce nici DNA są wykrywane przez białka (Rad 17 i Rad 24), których funkcją jest wykrywanie niepełnej replikacji (Red1, HopI). To aktywuje białkowa kinazę Mec1, która fosforyluje inna kinazę - Mek1 (specyficzna kinaza majotyczna). Ona z kolei fosforyluje białko SC - Red1 (ufosforylowane białko Red1 oznacza, że trwa pachyten). To ostatnie uruchamia białka reperujące Ddc1, Mec3. Jeżeli białka wykrywające uszkodzenia nic nie znajdą: 1) pojawia się fosfataza Glc7, która defosforyluje Red1-P do Red1; 2) czynnik transkrypcyjny Ntd80 inicjuje transkrypcje genów dla cykliny Clb1. Dzięki tym 2 procesom kompleks SC może odczepić się od chromosomów - ma miejsce wyjście z pachytenu i mejoza przebiega dalej. Jeżeli natomiast zostana wykryte jakieś nieprawidłowości, uruchomiona zostaje kinaza Swe1-P, która fosforyluje w miejscu regulatorowym ... (kinazę cdc28???)

4. Diploten

• odczepnianie chromosomów od otoczki (fosforylacja kompleksu synaptonemalnego = jego degradacja)

• bardzo silna kondensacja - widać pojedyncze biwalenty

• w przejściu pachyten/diploten rozpada się S.C., ale w diplotenie chromosomy pozostają nadal połączone, odsuwają się o w mejozach achiazmatycznych kompleks nie rozpada się aż do końca mejozy I

• d siebie, widać chiazmy (miejsca, w których zaszedł crossing-over)

• podczas oogenezy: bardzo intensywna transkrypcja; chromosomy szczoteczkowe (długie biwalenty o zdekondensowanych odpowiadających sobie odcinkach chromosomów homologicznych, tworzących pętle; występują w oocytach u ptaków, ryb, płazów i gadów); tzw. rozproszony diploten (przestają być widoczne biwalenty)

5. Diakineza

• max. kondensacja

• chiazmy widoczne tylko, jeżeli chromosomy są długie, w przeciwnym wypadku widać tylko pałeczki

• rozpad otoczki jądrowej i kongresja chromosomów

• połączenie kinetochorów z MT wrzeciona podziałowego

• kongresja biwalentów do płaszczyzny równikowej

2. Metafaza

• inaczej niż w mitozie, w płaszczyźnie równikowej znajdują się chiazmy, a nie kinetochory

Przejście Met/Ana - działa APC/Cdc20 - checkpoint wrzeciona kariokinetycznego

Nastepuje uruchomienie separazy (blokowanej do tej pory przez sekurynę). Nie rozcina ona jednak kohezyny centromerowej, bo inne białka chronią ją przed degradacją: Spo13 (chroni tylko kohezyny mejotyczną z Rec8 i Rec11) - por. niżej „Ochrona kohezyny”

3. Anafaza

• odseparowanie chromosomów homologicznych i ich przemieszczanie do biegunów

• crossing-over??? i terminalizacja chiazm or whatsoever

• kohezyna zespala w dalszym ciągu chromatydy siostrzane w okolicach centromerowych

Prawidłowy przebieg I podziału mejotycznego zależy od:

1. crossing-over i powstanie chiazm; w mejozie achiazmatycznej - SC trwa aż do Met/Ana; u większości jednak występują chiazmy

2. chromosomy homologiczne połączone w biwalenty aż do końca metafazy, wtedy też ułożone w płaszczyźnie równikowej

3. spójność chromatyd siostrzanych podczas anafazy I - utrzymywanie kohezyny centromerowej w stanie niezdegradowanym, jej ochrona przez białko Spo13

4. połączenie kinetochorów z MT, współorientacja kinetochorów chromatyd siostrzanych (obie chromatydy połączone z tym samym biegunem)

Ochrona kohezyny:

• specyficzna podjednostka regulatorowa: Rec8

• białka, które się z nią łączą, np. u drożdży Spo13 - u mutantów zawierających zmutowany gen na to białko występują zakłócenie w mejozie; białko to chromi jednak tylko kohezynę mejotyczną (zawierającą białko Rec8), nie chroni mitotycznej

Aby II podział mejotyczny spełnił swoją funkcję (redukcja zawartości DNA z 2c do c), między podziałami I i II w mejozie nie może zajść replikacja DNA. Dlatego występuje inhibicja fazy S w interkinezie - schemat (kserówka). Ma ktoś opis???

Musi istnieć aktywny MPF (kompleks cyklina B - Cdc20). Kinazy MAP (MAPK) podtrzymują MPF i aktywują fosfatazę cdc25 defosforylującą miejsca inhibitorowe cdc2.

Kinazy z rodziny Polo fosforylują Mit1(kinaza), który fosforyluje cdc2 (inhibitorując ją w ten sposób, gdy sama ufosforylowany to nie działa, więc aktywny MPF może trwać)

MAPK aktywują Plk1 -> Myt1 -> fosforyluje Cdc2 w miejscu inhibitorowym. Razem utrzymują w aktywności Cdc25. Dlatego trwa aktywny MPF.

5

---