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Tema 5: División celular meiótica.
• 5.1: TEORÍA CROMOSÓMICA DE LA HERENCIA.
Esta teoría fue postulada por Sutton y Boveri en 1902:
1. Los genes están situados sobre los cromosomas. 2. La ordenación de los genes es lineal. 3. La recombinación está relacionada (es consecuencia de) a un proceso citológico de intercambio de segmentos cromosómicos.
• 5. 2 : ASPECTOS GENERALES.
A) Meiosis vs mitosis: B) Función:
- Mantenimiento de la ploidía. n+n=2n
- Incremento de la variabilidad genética. Los cromosomas maternos y paternos se segregan de forma aleatoria. Estas posibilidades se aumentan según incrementa el número de cromosomas. 5.2. ASPECTES GENERALS
- Meiosi versus mitosi
ogenètica Tema 5: Divisió cel·lular meiòtica
C) Fases y duración:
- 5. 3 : ACONTECIMIENTOS CROMOSÓMICOS. A) Cambios en la morfología y estructuran de los cromosomas: Profase I: Paso de cromatina interfásica al grado máximo de condensación en la metafase. En este proceso participan las cohesinas y condensinas aunque no son las mismas que condensan la cromatina y cohesionan las cromátidas vistas anteriormente pero sí realizan la misma función. El dibujo de la derecha representa una cohesina. Siguen poseyendo un dominio globular y uno de bisagra, aunque con la participación de dos proteínas más: Scc1 y Scc 3. B) Recombinación meiótica. La recombinación se lleva a cabo durante la profase I entre cromátidas homólogas (no hermanas). Se inicia cuando los cromosomas homólogos comienzan el apareamiento, cuando se reconocen mutuamente y los territorios cromosómicos se relacionan. El proceso comienza con la entrada de dos enzimas: Spo y Mre11. La Spo11 (endonucleasa) produce unas roturas no aleatorias, por ejemplo, en regiones promotoras de genes. Estas roturas se producen en una doble cadena, la doble cadena homóloga sigue intacta. A continuación, Mre11 (exonucleasa) comienza a eliminar nucleótidos en sentido 5 ’→ 3 ’ en ambas monocadenas cadenas dejando libre dos extremos 3 ’ OH protuberantes. 5.2. ASPECTES GENERALS
- Fases i durada Citogenètica (^) Tema 5: Divisió cel·lular meiòtica 5.3. ESDEVENIMENTS CROMOSÒMICS
- Canvis en la morfologia i estructura dels cromosomes: Participació de cohesines i condensines Citogenètica (^) Tema 5: Divisió cel·lular meiòtic 5.3. ESDEVENIMENTS CROMOSÒMIC
- Recombinació meiòtica: Mecanisme
Citogenètica
La resolución de manera horizontal es como en el caso anterior: se cortan las monocadenas y se vuelven a unir. Para resolver de forma vertical, tiene que ocurrir un proceso de isomerización , es decir, cambios en la estructura de las moléculas. Hay dos cadenas externas que no se cruzan y dos internas que se cruzan. Para que se produzca la resolución de manera vertical, la molécula tiene que sufrir dos cambios conformacionales: A. Tiene que sufrir un primer giro, dando como resultado una estructura abierta. B. Un segundo giro, producirá un cruzamiento donde las cadenas que eran internas pasas a ser externas y las que eran externas ahora son internas. Al realizar estos giros solo afecta a la unión holliday, no a toda la molécula de DNA. C) El complejo sinaptonémico: En la etapa de paquiteno se observa un complejo trilaminar y alrededor de estas láminas, cromatina. Este complejo no está en todas las especies, pero si en la gran mayoría de ellas. Es una estructura proteica formada por tres proteínas: Scp1 en el eje central del complejo que une dos elementos laterales o axiales físicamente formados por las proteínas Scp 2 y Scp 3. Cada uno de los componentes axiales, alrededor, están unidos a las cohesinas meióticas por el dominio bisagra. Las cohesinas tienen ambas cromátidas de un cromosoma homólogo. de l’heterodúplex Forma part del conjunt de cohesines meiòtiques Permeten que una molècula de DNA de cadena senzilla s’aparelli amb una regió homòloga de doble cadena Æ reconeixement d’homologia Cada monòmer presenta més d’un punt d’unió al DNA Æ RecA / Rad Æ UNIÓ DE HOLLIDAY Resolució d’una unió Holliday: Isomerització depenent de l’activitat de proteïnes específiques Dues cadenes internes Dues cadenes externes Canvi de conformació Isòmers Estructura oberta i simètrica RecA (E. Coli) i Rad 51 (eucariotes): Sinapsi i de l’heterodúplex Forma part del conjunt de cohesines meiòt Permeten que una molècula de DNA de cad senzilla s’aparelli amb una regió homòloga d cadena Æ reconeixement d’homologia Cada monòmer presenta més d’un punt d’u Æ RecA / Rad Æ UNIÓ DE HOLLIDAY Resolució d’una unió Holliday: Isomerització d de l’activitat de proteïnes específiques Dues cadenes internes Dues cadenes externes co Isòmers Estructura oberta i simètrica Æ RecA / Rad Æ UNIÓ DE HOLLID 5.3. ESDEVENIMENTS CROMOSÒMICS
- Recombinació meiòtica: El complex sinaptinemal Scp2/Scp Scp Citogenètica Tema 5: Divisió cel·lular meiòtica
Este complejo está totalmente relacionado con el acontecimiento de la recombinación meiótica. En leptoteno empiezan a aparecer los elementos axiales a la vez que la Spo 11 ha hecho el corte en el DNA. En zigoteno se colocan los elementos centrales del complejo y produciéndose la sinapsis y la síntesis de DNA nuevo. En paquiteno, el complejo sinaptonémico está totalmente formado a la vez que se han formado las uniones Holliday. En la siguiente etapa, diploteno, la recombinación ya se ha producido por lo que el complejo sinaptonémico se deshace. Hoy en día, el complejo sinaptonémico tiene una mera función estructural : determina el espacio físico que permite la recombinación. A este espacio se le conoce con el nombre de nódulos de recombinación. Estos nódulos marcan los lugares donde se produciría la recombinación meiótica. Está formado por un mecanismo multienzimático que interactúa con determinadas regiones de DNA en el espacio que posibilita el complejo sinaptonémico. Encontramos dos tipos de nódulos:
1. Primerizos : se forman antes de la etapa de paquiteno y es el lugar de inicio de los entrecruzamientos. Son muy numerosos. 2. Tardíos : se forman en la etapa de paquiteno ya que son los lugares de recombinación estables. D) El cromosoma en metafase I: La degradación del complejo sinaptonémico separa los cromosomas homólogos, aun así estos siguen unidos. Las moléculas responsables de mantener las cromátidas hermanas unidas son las cohesinas, NO los quiasmas. 5.3. ESDEVENIMENTS CROMOSÒMICS
- Recombinació meiòtica: El complex sinaptinemal Relacionat amb l’aparellament, sinapsi i recombinació entre cromosomes homòlegs Citogenètica Tema 5: Divisió cel·lular meiòtica 5.3. ESDEVENIMENTS CROMOSÒMICS
- Recombinació meiòtica: El complex sinaptinemal: Nòduls de recombinació, marquen els llocs on es produiria la recombinació meiòtica: mecanisme multienzimàtic que interactua amb determinades regions de DNA en l’espai que possibilita el complex sinaptinemal (100nm ample).
- Dos tipus: Primerencs: abundants, llocs d’inici d’entrecreuaments (abans paquitè) Tardans: menys nombrosos, llocs d’entrecreuaments estables (paquitè) Citogenètica (^) Tema 5: Divisió cel·lular meiòtica
- Si hay un quiasma: 50 % no recombinante y 5 0% recombinante.
- Si hay dos quiasmas existen cuatro posibilidades: Afectan a las mismas cromátidas (2-‐3). El efecto de un quiasma anula el otro. No se produce molécula recombinante. 0 % Afectan a 3 cromátidas (1-‐ 3 y 2-‐ 3 ). Dos posibilidades pero mismo efecto: 5 0% recombinante. Todas las cromátidas implicadas. 100 % recombinante. Las cuatro posibilidades son igualmente probables, por lo que el máximo % teórico de recombinación es del 5 0%. El porcentaje de recombinación está modulado por diversos factores: A. Genéticos:
- Presencia de Hot spot : secuencia de trece nucleóticos que se ha encontrado en más del 40% de los quiasmas de los casos estudiados en levaduras.
- Fenómenos de interferencia : están relacionados con la imposibilidad de crear o resolver las dobles uniones Holiday a partir de DSB De cromátidas: cuando una cromátida participa en un intercambio, no participará en el otro. De quiasmas: se necesita una distancia mínima para la formación de un quiasma. Estimació teòrica del percentatge de recombinació: Percentatge de recombinació amb do quiasmes: 0+50+50 +100/4 = 50% En conjunt les quatre combinacions originen 16 cromàtides diferents, de les quals 8 son recombinants i 8 són norm La presència de tres quiasmes origina 23 =8 tipus de combinacions diferents, t amb la mateixa freqüència. El resultat f seria la formació de 32 cromàtides: 8 n recombinants, 8 cromàtides doble- recombinants (no recombinants), 16 cromàtides amb un intercanvi únic o tri Com a mitjana 50% de recombinació. Mateix resultat per 4, 5, 6.... 0% Recombinació 50% Recombinació 50% Recombinació 100% Recombinació 0% Recombinació 50% Recombinació 5.3. ESDEVENIMENTS CROMOSÒMICS
- El cromosoma a Metafase I: Factors que influeixen en el nombre i localització dels quiasmes Estimació t recombinac Percentat quiasmes: 0+ En conjun originen 16 quals 8 son La presèn 23 =8 tipus amb la mat seria la for recombinan recombinan cromàtides Com a mitj Mateix re 0% Recombinació 50% Recombinació 50% Recombinació 100% Recombinació 0% Recombinació 50% Recombinació 5.3. ESDEVENIMENTS CROMOSÒMICS
- El cromosoma a Metafase I: Factors que influeixen en el nombre i localització Citogenètica (^) Tema 5: D Estimació teòrica del percentatge de recombinació: Percentatge de recombinació amb dos quiasmes: 0+50+50 +100/4 = 50% En conjunt les quatre combinacions originen 16 cromàtides diferents, de les quals 8 son recombinants i 8 són normals. La presència de tres quiasmes originaria 23 =8 tipus de combinacions diferents, totes amb la mateixa freqüència. El resultat final seria la formació de 32 cromàtides: 8 no recombinants, 8 cromàtides doble- recombinants (no recombinants), 16 cromàtides amb un intercanvi únic o triple. Com a mitjana 50% de recombinació. Mateix resultat per 4, 5, 6.... 0% Recombinació (^) 50% Recombinació 50% Recombinació 100% Recombinació 0% Recombinació 50% Recombinació 5.3. ESDEVENIMENTS CROMOSÒMICS
- El cromosoma a Metafase I: Factors que influeixen en el nombre i localització dels quiasmes
enètica Tema 5: Divisió cel·lular meiòtica
0% Recombinació 50% Recombinació 50% Recombinació 100% Recombinació 0% Recombinació 50% Recombinació 5.3. ESDEVENIMENTS CROMOSÒMICS
- El cromosoma a Metafase I: Factors que influeixen en el no
Citogenètica
Estimació teòrica del percentat recombinació: Percentatge de recombinació quiasmes: 0+50+50 +100/4 = 50% En conjunt les quatre combin originen 16 cromàtides diferen quals 8 son recombinants i 8 s La presència de tres quiasme 23 =8 tipus de combinacions di amb la mateixa freqüència. El seria la formació de 32 cromàt recombinants, 8 cromàtides do recombinants (no recombinant cromàtides amb un intercanvi Com a mitjana 50% de recomb Mateix resultat per 4, 5, 6.... 0% Recombinació 50% Recombinació 50% Recombinació 100% Recombinació 0% Recombinació 50% Recombinació
5.3. ESDEVENIMENTS CROMOSÒMICS
- El cromosoma a Metafase I: Factors que influeixen en el nombre i localització dels quiasmes ogenètica (^) Tema 5: Divisió cel·lula
- Proximidad del centrómero : mientras más cercano al centrómero, disminuye la secuencia de quiasmas ya que provocaría problemas de segregación.
- En regiones con heterocromatina disminuye la frecuencia de quiasmas.
- Sexo : el sexo heterogamético tiene una frecuencia de quiasmas inferior al homogamético.
- Efectos intercromosómicos : determinan la posición y el número de quiasmas. B. Ambientales:
- Edad : la frecuencia de quiasmas disminuye con la edad del individuo.
- Temperatura.
- Agua : sobre todo en vegetales. E) Segregación sintética de cromosomas homólogos en anafase I: Como consecuencia de la recombinación, los cromosomas están unidos en placa metafásica. Rec 8 cierra el anillo de cohesinas. Puede haber dos situaciones de equilibrio de fuerzas (A y C) en que aurora quinasa se inactiva, lo que es un problema ya que una de las dos situaciones no es la correcta para la segregación de cromosomas. Por ello existe una segunda proteína para evitar que ocurra la opción incorrecta (A). Está proteína recibe el nombre de monopolina, que actúa de forma coordinada con la aurora para obtener una distribución sintética (C). Monopolina elimina cualquier unión de los microtúbulos unidos a cinetocoros hermanos que provienen del mismo polo. En posición sintética se activa APC que actúa sobre securina, liberando así separasa que actúa degradando las cohesinas periquiasmáticas , NO sobre las pericentrométricas que son inmunes a la acción de la separasa de la metafase I. 5.3. ESDEVENIMENTS CROMOSÒMICS
- Segregació sintèlica de cromosomes homòlegs a anafase I Dues proteïnes: Monopolina i Aurora asseguren la unió sintèlica dels microtúbuls als cinetocors Citogenètica (^) Tema 5: Divisió cel·lular meiòtica
H) Puntos de control de la meiosis: La meiosis es un proceso muy regulado.
- Profase I: Punto de control de sinapsis (recombinación). Si no se produce la recombinación, segregarán mal, para ello existe este punto de control que verifica que todos los cromosomas estén apareados. Si no lo están, las células pueden reparar el error o entran en una fase de apoptosis o muerte celular.
- Formación huso: Existen proteínas que envían señales inhibitorias al APC hasta que todos los cromosomas estén bien orientados para segregar de manera amfitélica. Este proceso se da tanto en la meiosis I como en la II.
- Prevención de la replicación: Tras la primera división, aparece un sistema basado en producción de ciclinas para que no se vuelva a replicar.
- Expresión génica: verifica si las células sintetizadas, resultado de las dos divisiones, se expresan y producen todo lo necesario para continuar su ciclo.
- 5. 4 : DIVISIONES MEIÓTICAS NO CONVENCIONALES. La reducción del número cromosomas se puede reducir mediante tres tipos diferentes de meiosis. **1. Meiosis quiasmática.
- Meiosis aquiasmática:** Se da en machos heterogaméticos de algunos dípteros y lepidópteros. Se debe a una sinapsis paralela entre cromosomas homólogos sin necesidad de la producción de quiasmas. 3. Meiosis inversa: es característica en especies con cromosomas holocinéticos. En este caso la primera división meiótica no es la reductora, sino que lo es la segunda.
