文摘
同源染色体通常是分离的入口处减数分裂;如何成为优秀的配对是一个神秘的减数分裂过程。同系物之间的间距,可以减少发生染色体相互作用导致同源性检测和现象的形成。在许多生物体,telomere-led染色体运动生成,使同系物在一起。染色质构象变化在早期减数分裂产生的额外的运动也可以促进同源关系。生物减数分裂的研究显示使用一个令人惊讶的同源性检测的各种策略。仍在双翅类昆虫,同源染色体配对在发展。配对似乎出现作为一个启动子之间的平衡和抑制基因配对。一些真菌、植物和动物,使用基于重组机制的交互。其他机制导致同源性搜索recombination-independent和需要专门配对网站。 In the worm秀丽隐杆线虫组成的,每个染色体进行配对中心chromosome-specific dna蛋白质复杂,和裂殖酵母粟酒裂殖酵母,sme2轨迹编码一个meiosis-specific非编码RNA介导同源的认可。此外,失配校正扮演相关角色,尤其是多倍体植株,进化遗传系统,抑制相关(homoeologus)异源染色体之间的配对。
1。介绍
减数分裂是一个中央的过程生命周期的所有有性生殖的生物进化来弥补重复产生的染色体数目在受精和产生新组合亲本等位基因之间增加遗传多样性。生殖细胞进入减数分裂染色体复制他们,通过执行连续两个没有干预DNA复制的细胞分裂,产生单倍体配子。二倍体生物的生殖细胞启动包含两套染色体的减数分裂,一个继承自父母。同源染色体在第一个分区的划分(减数分裂)和姐妹染色单体分离彼此远离第二部门(平均分的部门)。为适当的染色体隔离,同系物交互并生成稳定的关联在前期我保持联系在二价配置到中期I的细胞学结构链接每一对同源染色体在中期我被称为交叉。姐妹染色单体的凝聚力与交叉合作提供稳定通过中期即每一对同源染色体之间的债券的核膜允许微管与妹妹kinetocores交互,这成为面向相同的极轴。解散姐妹染色单体凝聚力,除了pericentromeric地区,使交叉分辨率和染色体隔离在后期我。
交叉形成高潮后三个主要流程启动前期我年初,同源配对(即。,an interaction of chromosomes that results in the close apposition of homologues along their entire length), synapsis (i.e., the formation of a proteinaceous synaptonemal complex structure between each homologous pair), and crossing over (i.e., a reciprocal exchange of genetic material between homologous chromatids). A crossover and a noncrossover (nonreciprocal exchange) represent the two possible outcomes that the homologous recombination machinery follows to repair one DNA double-strand break (DSB) generated at the initiation of meiosis. Crossovers involve the reciprocal exchange of sequences flanking the repair sites and noncrossovers (also referred to as gene conversions), the transfer of local information, spanning a few hundred base pairs, from one homologue to the other. The majority of DSBs are destined to become noncrossover products. The main steps of the recombination mechanism have been uncovered in yeasts and are conserved in other eukaryotes [1]。减数分裂重组是由守恒topoisomerase-like酶,Spo11,介绍编程双边带进基因组。Spo11削减DNA通过topoisomerase-like反应产生共价protein-DNA联系5′末端DNA断裂的两侧。的酶机械维修双边带策划以这样一种方式,DNA序列的首选模板的同源染色体,而参与姐妹染色单体的抑制。Spo11去除后,双边带结束然后接受nucleolytic切除的5′链生产3′单链尾巴。其中一个尾巴可以入侵一个完整的双链的DNA同源染色体。在大多数真核生物,这个反应,称为链入侵,需要行动的两个可Rad51和一代,在协会与其他蛋白质(2]。初始链入侵中间体可以进一步加工以不同的方式,不同的复合产品的结果(图1)。如果单双边带结束入侵相应的合作伙伴,后启动DNA合成,流离失所,免疫印迹和其他双边带,产生一个noncrossover。这个过程称为synthesis-dependent链退火(SDSA)。另一种链入侵途径导致稳定中间体和捕获质数DNA合成的第二个双边带结束。结扎生成一个双霍利迪结联合分子中间,这是解决产生交叉的产品。交叉和noncrossover重组交互发散leptotene-zygotene过渡,形成之前广泛strand-exchange中间体(3,4]。的Sgs1出芽酵母的蛋白质酿酒酵母哺乳动物的同系物BLM解旋酶,维持基因组的稳定性,防止异常积累重组中间体,是中央监管机构重组的途径选择在正常减数分裂(5,6]。Sgs1控制减数分裂重组通过防止积累不受监管的共同分子中间体。Sgs1取代联合分子的入侵链形成noncrossovers和防止multichromatid联合分子的积累。除了Sgs1频道其他联合分子与一群meiosis-specific蛋白质称为ZMM家庭,需要形成稳定的联合分子和双圣日结中间体。这些ZMM-protected复合中间体后,在粗线期,解决跨界车的multiprotein因素包含核酸酶Exo1 MutLγ复杂Mlh1-Mlh3,由激酶激活polo-like Cdc5。联合分子派生的长串入侵逃脱Sgs1的控制,或那些没有产生,形成经常multichromatid中间体,产生交叉和noncrossover产品,主要作用下的Mus81-Mms4(人类MUS81-EME1)游离酶复杂,还需要Cdc5和轻微程度的行动Yen1 (GEN1)或Slx1-Slx4 (BTBD12 / SLX4)。其他蛋白质参与交叉和noncrossover途径进行了综述,7]。
synaptonemal复杂是一个蛋白质的矩阵通常每一对同源染色体之间的形式,加强他们的相互作用,发生在大多数生物有性生殖。synaptonemal复杂装配在减数分裂前的年代开始阶段和早期减数分裂前期形成的单个蛋白质的轴,轴向元素,每个染色体的两个姐妹染色单体。在早期的前期,轴向元素连接到一对姐妹染色单体的密切关联≈沿着它的长度100海里,同源染色体的轴向元素;然后叫横向元素。同系物的纵向并列是由安装大量的横向丝和中央元素的形成。synaptonemal复杂阶梯状结构由两个横向元素,横丝和中央元素(图2)。
synaptonemal复杂的组件已确定在不同的物种(看过的8,9])。cohesin蛋白质复杂的需要建立姐妹染色单体之间的凝聚力在体细胞在DNA复制。内聚组件的轴向/横向元素但有丝分裂的一些成员复杂取而代之的是meiosis-specific paralogues。也Condensin蛋白质形成轴向/横向元素的一部分,是必要的轴向长度压实和染色体个性化,类似于对有丝分裂染色体缩合的影响。其他蛋白质,如SYCP2 SYCP3鼠标,Hop1 Red1出芽酵母,他三秀丽隐杆线虫,Asy1在拟南芥和奥德果蝇,是横向的成员元素。除了他们的角色在染色质缩合、轴向/横向元素参与同系物的对齐。凝聚力/冷凝染色体轴和/或相关的蛋白质,如Hop1p和他三,参与组装的横向丝。监管模式的双边带修复交叉或noncrossover产品也由一些横向元素蛋白质。蛋白质形成横向丝已确定在几个物种。这些包括Zip1p年代。酵母在哺乳动物SYCP1, C (3) G果蝇,SYP-1 SYP-2C。线虫,和ZYP1拟南芥。这些蛋白质有终端C和N球状域由一个扩展的卷曲螺旋区域。平行蛋白质副N-termini然后和形成一个调光器tetramere横跨横向元素之间的差距。在鼠标,稳定的横向丝要求协会SYCP1四聚物和SYCE1。蛋白质SYCE1 SYCE2定位在中央元素。横丝和核心蛋白所需完成重组交互交叉通路。
同源染色体之间的相互作用前面提到的需要密切的物理距离到核的定位。这个词对齐通常指拓扑配置的染色体臂平行排列。配对是指关闭和稳定的染色体相互作用涉及多个点,导致亲密协会同系物沿其整个长度。虽然早期研究表明,同源染色体不配对在细线期(10)有序减数分裂前的间期核与突触前同源染色体排列作为订单的一部分,提出了(11,12]。然而,研究在不同的生物体进行反驳这项提案。在真菌与合子减数分裂,等粪、脉孢菌和鬼伞属受精前,同源染色体在不同核。配子融合后,仍同系物分离,直到毕业典礼的交互(13]。在植物中,染色体涂染被用来识别两个玉米同系物的位置添加到燕麦(14)以及两种同系物的黑麦中添加小麦(15]。这些画染色体对占领领土在大多数在减数分裂前的间期核分离,排除premiotic安排在减数分裂的合作伙伴选择的角色。哺乳动物基因组的空间组织体细胞吸引了越来越多的关注过去十年。哺乳动物的基因组被组织在一个结构化的折叠和相对定位核染色体构成高阶基因表达的调控机制(16]。哺乳动物染色体被组织在离散,不重叠的染色体区域,与同系化合物通常不相邻17]。人类染色体的安排1和鼠标染色体8在spermatogonia表示没有减数分裂前的配对18]。只有在双翅类昆虫等生物,同源染色体配对在整个生命周期(体细胞配对)。标记染色体的行为与GFP-lac阻遏蛋白在男性d .腹减数分裂观察表明,配对事件在第一次减数分裂减数分裂前的配对的延续,而不是meiosis-specific机制的结果(19]。因此,除了双翅类昆虫,同源配对逐渐晋升机制,减少同系物之间的物理分离和区分同源nonhomologous交互,直到高潮同系物的亲密和稳定的并置。
同源染色体的模式进入亲密的空间距离,彼此认识,并接受稳定的相互作用的机制最鲜为人知的减数分裂过程。解开的遗传和分子基础的同源性搜索和检测是目前很多研究工作的目标在不同的生物体。在本文中,我将集中在细胞活动,团结同系物和援助来检测同源性识别标志,在同源现象的形成高潮。
2。Telomere-Led染色体运动接近同源染色体
在减数分裂前的间期核架构的一个特征,已经与减数分裂结对是着丝粒和端粒的分布和取向。在许多物种mitotically活跃细胞,染色体保留在间期前后期的地理位置,也就是说,Rabl配置,着丝粒集中在一边的细胞核和染色体端粒分散在另一侧。这条染色体极化延伸至减数分裂前的细胞,尤其是在物种大基因组(20.),并确保同源片段,虽然位于领土分离,核两极保持同样的距离,从而减少运动在同源染色体配对(21]。
在许多生物体,染色体端粒的发起一个非随机运动的入口处减数分裂,最终导致他们的进步分组在一个严格的集群。这suprachromosomal配置,所谓的花束,是巩固相伴的起始对齐,配对染色体联会,特别是在地区靠近染色体末端,因此,目前视为meiotic-specific结构参与同源染色体相互作用[22- - - - - -27]。其他角色,包括二价联锁决议和规定的重组,也被建议花束结构(28]。束的形成安排是三个相互依存的结果事件:附件核膜的端粒,染色体末端的集群,cytoskeleton-mediated端粒运动(看过的29日])。
分子相互作用导致染色体末端的附件核膜需要专门功能的存在端粒重复。端粒缩短telomerase-deficient老鼠削弱突触和减少重组频率30.]。端粒重复的新创存在着丝粒产生的染色体着丝粒的注错分裂的双臂染色体着丝粒的动态变化。这些端粒重复施加cis-dominant影响着丝粒,可结合端粒集群而原始的着丝粒保持相反的核15]。当端粒序列插入中间的位置,因为它发生在玉米环形染色体,他们还将与其他染色体端粒,使进入花束(31日]。
附件的端粒核被膜的内表面要求本构染色体末端的存在相关的蛋白质,如Taz1 Rap1 Rik1,减数分裂特定蛋白质形成端粒和核膜之间的桥梁。这些蛋白质包括Ndj1 Mps3 Csm4,在出芽酵母(32,33)和Sad1、Kms1 Bqt1和Bqt2裂殖酵母(24,34]。这些减数分裂的蛋白质,如Sad1 Kms1,跨膜蛋白与太阳(Sad1 - unc - 84)域和一个制造商(Klarsicht / ANC-1 /自从同源性)领域,分别为(35]。Sad1蛋白质是面向核浆和端粒有关Bqt1-Bqt2复杂。太阳Sad1领域,位于其糖基,被认为身体交互通过膜间隙的制造商域Kms1外膜蛋白整合。卡什域对应于一个短的蛋白质和糖的地区大n端尾部延伸到细胞质和连接动力蛋白的外膜,一个细胞质minus-end-directed微管马达。突变Sad1或Kms1严重减少交叉和损害同族体隔离,而动力蛋白的突变导致更微妙的缺陷。太阳和制造商域蛋白质发挥保护作用通过建立瞬态之间的联系染色体结束整个完整的核被膜和细胞骨架成分。出芽酵母的蛋白质Mps3太阳域蛋白质家族的其他成员由Ndj1与端粒。但是,没有卡领域一些细胞骨架蛋白能够喜欢Mps3组件已被确认。在秀丽隐杆线虫,SUN-1核内在膜蛋白与外层的制造商域蛋白质ZYG-12链接染色体,通过配对中心、微管网络和细胞质动力蛋白(36]。在突变体的基因sun-1或zyg-12、一对同源染色体不正常和突触杂乱地。内核膜蛋白SUN1专门协会与端粒之间的细线期,在减数分裂前期的双线期阶段我在老鼠身上37]。中断的sun1阻止端粒附件核膜,高效的相同器官配对,和突触。然而,没有卡什总统为SUN1仍然报道。在拟南芥,双突变体基因sun1和sun2显示染色体联会失败和减少交叉频率(JL桑托斯、个人通信)。
端粒与核膜副首先在许多小骨料,经过活跃集群运动成为紧密相关。端粒协会和端粒花束中的迁移是两个不同的步骤整合从产生的结果推导出小麦减数分裂前的和减数分裂细胞的治疗与秋水仙碱。这个微管解聚剂抑制端粒迁移和削弱突触但不影响端粒协会(38]。之间的这种联系是最可能产生端粒附着在不久的核膜网站,像在等臂染色体同源臂的末端。这些武器互相接近后减数分裂前的有丝分裂,并显示一个配对的正常水平,甚至交叉形成的秋水仙碱(39]。
减数分裂同源染色体的入口处占据空间上分开的领土。同系物之间间距可能达到数μ米生物大量基因组;例如,在细线期小麦细胞核≈24μ米直径。减少这样的距离需要一个活跃的染色体运动,除了应面向正确的同源染色体带进近。间距同系物落入更缩尺的裂殖酵母基因组小(13日8 Mb)和三对染色体细胞包含在措施3、5μ米直径和10μ米的长度。在这个有机体,减数分裂发生在两个配子的核融合后的受精卵,和同系物需要更换成为对齐。达成的一致性是细长的原子核的运动特点,称为“马尾”核。马尾核移动来回2 h的受精卵。这一时期,对应于减数分裂前期,提供了唯一的机会与他们的同源染色体配对和重组的合作伙伴。核运动是由星体微管,辐射从纺锤体极体(一种真菌microtubule-organizing中心),和动力蛋白蛋白马达(40,41]。在这个过程中,Sad1-Kms1蛋白质复杂与端粒的核质相互作用和动力蛋白在胞质蛋白马达。这样,端粒是感动的驱动力产生的动力蛋白微管。端粒形成一个集群接近纺锤体极的身体,和这种安排一起振荡核运动地处同系物对齐。
在出芽酵母,排序和配对染色体在减数分裂早期生产是伴随着快速telomere-led染色体运动的端粒集群纺锤体极附近的身体形成了花束。这些运动是由telomere-attached蛋白质Ndj1 Mps3蛋白质Csm4,不参与核envelope-telomere附件但在细胞骨架(产生的力的传输33]。Telomere-led出芽酵母染色体运动不是依赖dynein-microtubules复合物(42];他们是由肌动蛋白丝,因为抑制肌动蛋白聚合latruculin B破坏端粒聚类(43]。束的形成是受秋水仙碱在植物性母细胞。然而,端粒运动不是由胞质微管。提出了膜相关微管蛋白或tubulin-related蛋白质作为目标的秋水仙碱44]。
人们普遍认为气味形成促进同源染色体配对通过减少核空间,有去找到相应的合作伙伴27]。束形成意味着所有的端粒,不管他们的位置在核外围,迁移到核膜的小区域。这个运动是最有可能的极化,裂殖酵母的纺锤体极体的位置。然而,在生物如植物,没有定义的微管组织中心,很难想像端粒的运动是如何面向收敛区域相反的着丝点。可以认为Rabl配置促进极化运动。然而,收敛细胞骨架部队操作整个完整的核表面,因为他们能够集群端粒位于着丝粒极具和双臂染色体位于相反的半球[15]。端粒的灵活性可以受到noncytoplasmic染色体构象等因素的影响。这种效果变得明显的迁移biarmed染色体的个体染色体结束后在两个不同的构象,亚中间着丝粒染色体,染色体臂的长度、不同和稳性染色体,即武器类似的长度。不平等的武器情况对应的标准5号染色体r黑麦和稳心构象产生大量生产的删除这条染色体的长臂。短臂是一样的在这两个染色体构象,但它的端粒到达端粒极多稳心宪法的亚中间着丝粒宪法(45]。这个变量的行为表明,长臂施加的存在一些阻力短臂端粒的运动或干涉其附件核膜。
3所示。染色体运动独立于端粒的迁移
水平的同源配对和突触的气味有缺陷的突变体出芽酵母或玉米25,46),以及在性母细胞束形成抑制了秋水仙碱(38]表明端粒聚类为配对并不是绝对必要的。虽然端粒聚类可能减少同系物之间的距离,方便识别,这会聚力影响主要是远端染色体区域,特别是在大型染色体长度的偶线期几十甚至一百的顺序μm。广泛的大型染色体配对的染色体葱属植物物种表明同系物之间的吸引力量作用于不同的点均匀分布在大部分的染色体长度(47,48]。染色体运动成为可能遇到之间插入中间的地区很可能派生的染色质构象变化导致染色体伸长(图3),产生与端粒聚类在leptotene-zygotene过渡15,38]。小麦和黑麦染色体增加他们在细线期相对于减数分裂前的间期长度的5倍。因为核的大小不变leptotene-zygotene过渡,甚至是减少,染色质展开要求染色体移动和横跨整个原子核。这种染色质展开不是被秋水仙碱(38),因此独立于端粒的迁移。染色体伸长产生的运动可以促进同源染色体之间的碰撞的发生机会。减少之间的长距离同系物在偶线期尤为明显的杂合子的反演黑麦染色体臂的覆盖近95%。观察在一行小麦染色体的二体的除了1 r [49),因此,与20多个细胞核μ米直径。在束形成subdistal正常手臂的一部分位于端粒极而反臂的同源位于着丝粒。然而,这些地区对许多性母细胞和突触。遥远的同源区域之间的碰撞可以产生染色体伸长后显示在图4。
(一)
(b)
生活在玉米核动态成像性母细胞表明染色体运动偶线期包括整个染色质的旋转和运动个体的染色体片段(50]。这些运动是否注定要促进配对或产生突触后并不成立。然而,运动个体的染色体片段预计将发生在染色质展开。除了复合本身可以增加染色体流动性。快速在早期前期染色体运动产生出芽酵母由复合调制。突变体与复合缺陷没有显示最健壮的和最快的运动产生的野生型(33]。另一方面,在出芽酵母的营养细胞,要么一个给定的诱导引起的双边带或多个双边带γ-射线引发所有染色体的流动作为一个组件的修复机制(51,52]。双边带的触发器的dna损伤反应,一个复杂的信号网络参与的细胞循环检查点激酶激活停止循环,直到损伤修复。争端解决机构的首席传感器信号的核内蛋白激酶ataxia-telangiectasia突变(ATM)磷酸化不同基质(53),这可能导致组织变化对染色质和染色体动力学。染色质的构象变化导致染色体伸长的细线期不是一个dna损伤反应的结果通过双边带由Spo11激活;在前期我,染色体的长度是相似的野生型和nullspo11突变体中拟南芥和鼠标(54,55]。
4所示。着丝粒连接
端粒的功能与领域,除了,现在也在所有染色体着丝粒。它们所涉及的地区将染色体附加到微管调节细胞分裂时染色体的运动。不同的重复DNA序列的浓缩,或蛋白质参与他们的组织,可能代表一个可能的来源找到同源染色体相互作用的合作伙伴。这个可能的角色被突触前强调着丝粒配对观察广泛或生物包括真菌、植物和动物(看过的56]),尤其是在异源多倍体小麦(57,58]。有两倍性水平,四倍体和六倍体多倍体小麦。四倍体小麦、小麦属植物turgidum(通心粉小麦),携带四组七个染色体(基因组公式AABB)。A和B基因组来源于两个相关野生二倍体祖细胞,t . urartu和山羊草属speltoides,分别。面包小麦,T。aestivum是六倍体种(AABBDD), A和B基因组D基因组的四倍体小麦和野生二倍体祖先t . tauschii。尽管基因组的遗传染色体之间的亲和力,B和D(部分同源的染色体)面包小麦形式21现象在终变期和中期即独家同源现象的形成是由于部分同源的配对的抑制主要是控制的Ph1(配对部分同源的)轨迹5 b染色体的长臂(59,60]。2.5 Mb的区域包含一个异染色质片段插入到一个集群的细胞周期蛋白依赖性激酶Cdk2-related基因被报道Ph1轨迹(61年]。然而,它的作用方式还有待阐明。
与着丝粒小麦生殖细胞进入减数分裂相关平均成对。这样的安排建议,着丝粒染色体排序和参与的机制,形成同源二价开始宣扬的着丝粒的减数分裂前的协会Ph1(57]。识别两个同源染色体的着丝粒小麦黑麦添加到证明了着丝粒协会主要是nonhomologous和独立的Ph1(15]。着丝粒集中在更复杂的结构在细线期的四倍体和六倍体小麦。七个突触前multicentromere复合物在某些性母细胞被发现。这建议假设同源和homeologous着丝粒,或在减数分裂前的间期未配对,配对后,成为相关的突触前和同源性识别的控制下Ph1,每个multicentromere结构是解决成对同源着丝粒的58]。这个假设意味着强劲增长的同源染色体联会前着丝粒协会和足够的区分同系物和homoeologues chromosome-specific DNA序列。这似乎不太可能,因为着丝粒通常包含大量重复,不独特个体的染色体。
同源黑麦着丝粒在不同小麦黑麦二体的添加,在小麦黑麦罗伯逊的易位,或introgressed小麦染色体,是在空间上分开着丝粒群在80%以上的性母细胞在早期细线期(56]。这一切发生的时候,不管Ph1是现在或不是。协会的频率相应的着丝粒随前期的进展我这是突触扩张的结果。因此,突触前着丝粒聚类小麦不是基于同源性,因此,不能促进同源染色体的识别。这是符合同源臂的配对和重组着丝粒不受杂合性的影响,以及这一事实同源配对部分同源的染色体着丝粒不会导致(62年]。一条鱼的行为分析染色体着丝粒和远端在具具有biarmed证实这不是着丝粒,而是subtelomeric、地区所涉及的搜索和识别同源伙伴(62年]。
在出芽酵母野生型减数分裂,染色体成为相关成对的着丝粒染色体同源性独立的。大多数的着丝粒夫妇nonhomologous突触前在一个阶段但进行切换,直到所有涉及同系物(63年]。这种转变从随机同源配对需要Spo11活动表明对方改变依赖于相同recombination-based机制调节同源配对和突触。早期nonhomologous着丝粒配对取决于synaptonemal Zip1复杂的蛋白质,而桥梁的核心部分同源染色体之间的空间,但它是独立于Zip2 Zip2, synaptonemal复杂的横向分量的元素。同源比对不受影响zip1突变体虽然synaptonemal复杂无法拉链(64年]。这表明最初的着丝粒相互作用是可有可无的同源染色体配对。很可能,在酵母染色体联会扩张通过同源染色体臂汇集了最初参与nonhomologous双着丝粒。这种假设是在协议与突触的起始地点交叉复合的65年]。然而,同源染色体联会发起也在着丝粒解聚后Zip1弥合nonhomologous协会(66年]。之间的联系的分子基础nonhomologous着丝粒仍有待建立的小麦。然而,形成多个关联而酵母显示一个双向模式可以解释为在着丝粒大小的地区差异。着丝粒小麦的大尺寸可以促进多个交互。突触前着丝粒协会没有出现染色体配对机制的相关组件。因此,在果蝇,同系物成对出现减数分裂,着丝粒集群在卵母细胞早期偶线期。这个着丝粒聚类定义的第一步启动突触(67年]。
在生物体同源配对着丝粒是由染色体联会,其他潜在的角色已经建议了突触前着丝粒聚类。着丝粒聚类与端粒并发迁移和染色体运动源自染色体伸长在细线期、偶线期生产的。锚定这种机制可以提供稳定的染色体着丝粒,减少由染色体动力学引入障碍程度,正确定位端粒融合(62年]。在果蝇、人类和出芽酵母不分离事件在第二次减数分裂是富含centromere-proximal跨界车(68年- - - - - -70年]。这些近端跨界车可能破坏pericentromeric地区的凝聚力导致过早的姐妹染色单体分离在后期我和随机隔离anapahase II。早期的着丝粒聚类可能加强的影响因素,如异染色质,抑制近端跨界车(71年]。最后,早期nonhomologous着丝粒协会被认为与meiosis-specific形成的着丝粒,并排排列和coorientate相同的磁极在后期我(72年]。
5。相应的识别机制
5.1。重组同系物之间的相互作用
的机制同源染色体之间的相互识别,对不同的生物。在许多真核生物,同源识别取决于DNA / DNA染色体间相互作用产生的结果的初始修复步骤Spo11-induced双边带。切除后5′DNA结束休息,结果3单链DNA入侵同源染色体的完整DNA双工,Rad51和一代可催化,并生成中间体评估相同的能力。在某些真菌,开始重组需要同源比对的交互。在出芽酵母同源配对的评估通过的Cre /LoxP在野生型,和鱼化验spo11和ndj1单突变体,spo11 ndj1双突变体,配对值比较低ndj1突变体,更低的spo11单突变体和spo11 ndj1双突变体,比野生型。没有Spo11,不管气味是否形成,使同样的效果在配对73年]。这个结果表明,减数分裂染色体端粒重组不是一个DSB-independent组件的配对机制并发挥其影响同源并列在减数分裂重组通过其作用。电子显微镜三维分析中使用粪遵守所有配对的染色体之间的空间关系阶段在野生型和突变体(13]。同源染色体是一致的细线期在400海里的距离,前束的形成。在缺乏Spo11同源轴元素只显示罕见承认,不形成synaptonemal复合物的迹象。然而,在双边带在零辐照引起的spo11突变,同系物变得一致。双段的数量与双边带的数量来衡量Rad51疫源地,出现在配对网站。这些结果表明,recombination-dependent同源识别同源配对机制是一个重要的组成部分。
快速染色体在减数分裂前期我生产运动,在出芽酵母,需要附件的端粒核膜,经常超过1μm / s。虽然这些运动,最初,重组是独立的,他们有很大的不同在重组突变体显示缺陷,这表明染色体动力学响应的分子变化的复合机械(33]。突变体在基因端粒与细胞骨架通过完整的核膜逐渐变异染色体运动的强度。配对率直接与电动机的力活动,表明快速运动促进同源染色体碰撞和配对74年]。这是符合这一事实短染色体时,经常保持unsynapsed长染色体已经完成了突触;长之间的交互预计更经常发生染色体。
已经探索过同源搜索背后的动力在活的有机体内使用两个标记的同源基因座在营养细胞出芽酵母(51]。这两个位点占据很大程度上独立的核区域和独立活动在一个封闭的空间代表2.7%的核体积没有DNA损伤。一对双边带这两个位点诱导后的十倍。有很强的移动轨迹的增加减少染色体,从而探索核体积的十倍。毛边的染色体的信号增加的流动;这个轨迹探索核卷四倍。染色体的增加流动性取决于Rad51重组酶Sae2,蛋白质早期参与DNA的处理结束。这些结果支持模型基于激活的同源配对的同源性搜索机器的检测双边带。在同源性搜索,破碎的分子进入细胞核检查序列之间的同源性,它遇到,直到找到一个合作伙伴。激活的同源性搜索机制大大增加核地区探索通过DNA / DNA的相互作用。 A similar mechanism might be activated by Spo11-induced DSBs in meiotic cells. Several DSBs repaired along each homologous pair would lead to their longitudinal apposition. The molecular events of recombination are thought to take place in cytological structures called recombination nodules. The number and distribution of early recombination nodules agree with this mode of homology recognition [75年]。
出芽酵母、运动产生或增加了减数分裂双边带很可能足够的大小产生碰撞,链交流,配对同源网站最初位于任何位置之间的核。在真核生物基因组和核卷十个或更多倍,这些运动将不足以完成所有同源染色体之间的配对,因此同系物成为对齐并启动突触后束形成(56]。减数分裂的花束的进化的一个特征是它的组织是独立于复合自端粒聚集在突变小鼠,出芽酵母或粪缺乏Spo11 [76年- - - - - -78年]。在出芽酵母和粪,锚固端粒核膜需要生成一个能够实现同源的染色体动力学识别前束是全面的。在许多高等真核生物气味形成减少长途间距同系物让他们识别成为可能。这已经证明在黑麦染色体的情况下对5 r在wheat-5R添加行。而小麦遗传背景产生正常的交叉频率,染色体的行为5 r是受制于其亚中间着丝粒构象。迁移的端粒5 rs手臂在花束的形成往往是延迟或不完整(45]。这个异常端粒动力学(图5)后跟在配对失败,突触和交叉形成相应的手臂,这表明端粒集群提高效率的同源搜索机器以确保减数分裂配对。
在许多植物物种,染色体联会从网站开始接近结束,由附加闰的提升完成synaptonemal复杂的装配。交叉也非随机分布和定位在远端一半的染色体。在小麦、研究用删除线表明,交叉基因的高密度主要发生在区域(79年,80年]。它不是位置但DNA序列,或染色质组织,通常出现在一个给定的远端部分染色体臂决定已经证明了交叉形成小麦和黑麦使用逆序对改变crossover-rich地区从远到近的位置。交叉的模式是反演该倒(81年,82年]。在反演杂合的,偶线期期间正常和反向武器的动态表明crossover-rich区域更活跃在识别相应的合作伙伴和发展中突触比crossover-poor地区(49]。在正常该等位,crossover-rich区域定位在染色体末端附近及其协会是促进端粒聚类。在反演杂合子,crossover-rich区域定位集中在一个染色体和远侧地的同系物,和同样的发生在crossover-poor区域。然而,crossover-rich地区多。很可能染色体伸长促进之间的碰撞所产生的动力学同源的两个反平行的染色体臂的配对结果显示更高的流动性crossover-rich地区。问题出现的染色体内分化是否能够找到一个匹配或不相关的双边带模式。然而,没有数据在小麦和黑麦染色体双边带的分布。高分辨率的地图的减数分裂双边带只在两个真核生物基因组建造,酿酒酵母(83年和老鼠84年]。在这两个物种,争端解决机构与交叉分布地图地图显示合理的协议。
5.2。Nonrecombinational同系物之间的相互作用
果蝇和秀丽隐杆线虫必须recombination-independent机制,导致染色体排序和配对正常同源染色体联会以来发生在突变体,阻碍了双边带的形成(85年,86年]。染色体重组秀丽隐杆线虫显示每个染色体都包含一个cis-acting序列一端附近援助同源识别和对于同源重组和隔离是必要的87年]。这些网站被称为配对中心和与一个四口之家paralogous蛋白质,每个包含两个典型乙炔锌手指。每个蛋白质定位的配对中心一个或两对染色体在减数分裂早期前期:ZIM-1染色体II和III, ZIM-2染色体上V, ZIM-3染色体我和IV, HIM-8位于X染色体上。短序列图案丰富在相应cis-acting元素选择性地招募这些蛋白质在活的有机体内。一群招聘主题插入染色体缺乏内生配对中心足以恢复同源配对,突触,交叉复合,隔离。在独特的序列同源性提出了要检查穿插和/或邻近的主要集群每个染色体上结合位点。虽然秀丽隐杆线虫没有形式的花束,一起运动,使同源染色体配对中心是由类似于端粒聚类机制。这些运动是由SUN-1 / ZYG-12 (SUN-KASH)蛋白质复合体跨越核膜与微管马达蛋白连接每个配对中心动力蛋白(88年]。复配对形成的中心和跨膜蛋白SUN-1和ZYG-12染色体沿核膜使用dynein-dependent微管的力量。
另一个在性染色体配对网站已被确认,果蝇(89年]。这个配对中心包含200 - 250串联重复序列的核糖体rna基因(也称为rDNA)和位于X染色体的异染色质和底部附近的Y染色体的短臂。删除的X染色体rDNA原因失败的X - y配对和性染色体不分离。这些减数分裂异常部分恢复在转基因雄性的插入一个副本的rDNA删除X染色体。结对活动驻留在240个基点序列串联重复的数组之间的基因间间隔发现6到10份核糖体基因。240 - bp重复这些函数招聘两个蛋白,核材料和MNM需要稳定的相同器官配对和隔离的男性。蛋白质之间的相互作用的性染色体似乎代替achiasmate男性减数分裂染色体交叉。然而,核材料和MNM蛋白的结合位点常染色体仍未定义。常染色体性别和女性已经配对的两个XX减数分裂的入口处。这样的安排是如何实现通过高通量鱼已被调查技术,使全基因组RNAi屏幕体细胞配对的因素。两配对促进基因和anti-pairing基因已经被鉴定支持的想法同源配对是由一种平衡的因素与反对功能(90年]。配对发起人集团由许多基因功能与有丝分裂细胞分裂相关基因在s阶段发展,DNA复制,染色质中包括压实antipairing组。相应的识别机制的分子基础和配对是如何促进或阻碍代表一个令人兴奋的挑战未来的研究。
不同的homology-detecting机制在减数分裂过程中同源染色体RNA介导协会在最近的一份报告中被描述在裂殖酵母91年]。荧光标记的安排sme2轨迹监控在活细胞减数分裂。的sme2腺苷酸rna基因编码非编码meiRNA-S meiRNA-L,使细胞有丝分裂与减数分裂的开关结合蛋白Mei2 Mmi1。Mei2是一个积极监管机构的进入减数分裂,形成一个独特的点sme2轨迹在前期马尾核染色体二世。Mmi1减数必不可少的mrna结合并造成他们在有丝分裂细胞。在受精卵的细胞,Mmi1招募的sme2网站和灭活Mei2允许减数分裂的进展。两Mei2点最初出现在受精卵的细胞相互连接后立即核配成对在马尾的阶段。健壮的配对的sme2轨迹发生在缺乏重组,需要转录的5 kb meiRNA-L。结对活动位于3′meiRNA-L记录和有效需要从两个染色体RNA转录。的rna介导配对sme2轨迹表明RNA-containing复合体扩散沿染色体可能充当chromosome-specific标识符。虽然没有证据支持一个rna的作用在其他生物减数分裂配对,即记录固定在一个可用于染色体同源序列的识别是可行的(92年]。同源染色体之间的联系集中在双边带生产的活性基因已经被证明在人类体细胞在G0 / g1期(93年]。这些联系是由转录抑制剂放线菌素D和废除α鹅膏蕈碱,这表明转录coding-RNA可以调解同源的认可。
其他染色体特性不同于DNA / DNA或rna介导重组交互提出了配对参与相应的认可。这是cohesin的模式分布的情况下的轴向元素无与伦比的减数分裂染色体在老鼠94年]。两个meiosis-specific子单元,Rec8和Rad21L cohesin定位在早期减数分裂细胞的轴向元素。复合物包含Rec8或Rad21L是在空间上分开沿着染色体轴及其模式的分布在两个同系物是一样的。这些结果导致轴向的提议cohesin组成元素可以为同源识别提供一个代码。
6。配对校正
探索染色体运动在周围的空间找到一个合作伙伴之间产生交互nonhomologues之间的同系物,还支持nonhomologous突触的减数分裂产生突变体在不同的生物体。这意味着homology-identification机制应该包括一些不稳定的功能组件和游离nonhomologous碰撞再次启动额外的搜索意图,高潮在同源配对。对染色体的模式检测和消除不恰当的交互。最近的一份报告显示及时并发消失的不当与端粒染色体协会集群瓦解(49]。在杂合子的几乎全部倒装黑麦染色体臂,不当和不稳定协会涉及终端或近端区域的正常和反向染色体消失相伴与端粒集群解散。与此同时远端和近端同源区域继续进行交互并接受稳定的突触。这表明,染色体运动期间分散染色体末端的花束解散参与配对的校正。这种动作可能分离nonhomologous染色体发起一个新的搜索来找到正确的合作伙伴。稳定和不稳定的区别联系,因此,整合或修正配对,似乎取决于能力,染色体联系人必须形成一个交叉。
解散端粒聚类问题最有可能配对的校正和突触产生胚和同源四倍体的蚕家蚕,以及异源多倍体小麦。的女性b .森接受achiasmate减数分裂而男性染色体交叉和显示标准的减数分裂形成通路。三倍体雌性,同源染色体形成三价在偶线期转换的现象,加上年底单价的粗线。类似突触调整发生在四倍体的女性;每一个四价的形成在两个现象在粗线期的偶线期转换。然而,在胚和同源四倍体男性,多价保存直到中期我(95年- - - - - -97年]。在异源多倍体小麦,染色体相互作用产生的偶线期导致同系物之间同源性检测和早期homoeologues之间也产生了一个突触模式特点是存在多价由同系物和homoeologues synaptonemal复杂的配置,除了同源现象(98年- - - - - -One hundred.]。这样的多价的降低在受精卵和粗线期同源现象。这个配对校正机制的控制下部分同源的配对抑制Ph1。的存在Ph1同源染色体之间,可以形成交叉,但当Ph1不在,也可以形成交叉homoeologues和多价之间持续至中期我101年,102年]。因此,交叉条件配对的动力学和突触在多倍体小麦和蚕。
花束无序的分子基础是知之甚少。在出芽酵母减数分裂,没有Rec8 cohesin亚基抑制退出端粒集群和集群colocalization破坏纺锤体极体和端粒(103年]。有丝分裂cohesin组件SCC1的表达式rec8启动子在减数分裂细胞修复这些缺陷,表明cohesin调节端粒的协会集群和花束的纺锤体极体和退出阶段。另一方面,telomere-led快速染色体运动,这被认为是促进同源配对(74年),还提出了紧缩因素消除不必要的连接在出芽酵母(104年]。因此,在C。线虫、染色体运动由SUN-1 / ZYG-12复杂,也汇集同源配对网站,配合之间的突触抑制启动瞬变nonhomologous中心有关。
在二倍体生物的同源性搜索中的错误导致nonhomologous配对,但多倍体物种如四倍体和六倍体小麦,此外,区分同源和部分同源的染色体的必要性,以确保定期diploid-like减数分裂行为。多倍体小麦进化的一种有效的结对校正机制,没有在相关的二倍体和运营的控制下Ph1。最近的一份报告显示改变在减数分裂前的复制和Cdk2-type增加组蛋白的磷酸化H1的缺失Ph1(105年]。然而,这些影响的连接部分同源的配对和重组的发生仍有待阐明。