El punto de control de la recombinación meiótica supervisa la recombinación meiótica durante la meiosis y bloquea la entrada en la metafase I si la recombinación no se maneja de manera eficiente.
La regulación del ciclo celular de la meiosis procede de manera similar a la regulación de la mitosis . Al igual que en el ciclo mitótico, estas transiciones están reguladas por combinaciones de varios factores reguladores de genes, el complejo ciclina-Cdk y el complejo promotor de la anafase (APC) [1] . La primera gran transición regulatoria ocurre al final de G1 , cuando el inicio del ciclo meiótico es activado por Ime1 en lugar de Cln3/Cdk1 en la mitosis. La segunda transición importante ocurre al entrar en la metafase I. El objetivo principal de este paso es garantizar que la replicación del ADN se haya completado sin errores para que los cuerpos polares del huso puedan separarse. Este evento es desencadenado por la activación de M-Cdk en la profase I tardía. El punto de control del ensamblaje del huso luego explora la unión de los microtúbulos a los cinetocoros , seguido por el inicio de la metafase I por APC Cdc20 . La separación específica de cromosomas en la meiosis, la separación de cromosomas homólogos en la meiosis I y la separación de cromátidas en la meiosis II requieren una tensión específica entre las cromátidas homólogas y las cromátidas no homólogas para diferenciar la unión de los microtúbulos y depende de la rotura y reparación programadas de la doble cadena del ADN (DSB) . en la profase I. Por lo tanto, el punto de control de la recombinación meiótica puede ser un tipo de respuesta al daño del ADN en un momento determinado. Por otro lado, el punto de control de la recombinación meiótica también asegura que la recombinación meiótica realmente ocurra en cada par de homólogos.
El inicio abrupto de M-Cdk al final de la profase I depende de un bucle de retroalimentación positiva de regulación transcripcional que consta de Ime2, Ndt80 y el complejo Cdk/ciclina. Sin embargo, la activación de M-Cdk está controlada por el interruptor de fosforilación común Wee1 / Cdc25 . La actividad de Wee1 es alta en la profase I temprana y la acumulación de Cdc25 activa M-Cdk por fosforilación directa y marcando Wee1 para la degradación. La recombinación meiótica puede comenzar con una ruptura de doble cadena, ya sea inducida por Spo11 [2] u otras causas endógenas o exógenas de daño en el ADN. Estas roturas de ADN deben repararse antes de la metafase I, y estos DSB deben repararse antes de la metafase I. Las células controlan estos DSB a través de la vía ATM , en la que Cdc25 se regula a la baja cuando se detecta daño en DSB. Esta vía es análoga a la clásica respuesta al daño del ADN y es la parte que mejor conocemos en el punto de control de la recombinación meiótica.
Se descubrió una vía independiente de DSB cuando los humanos estudiaron células mutantes spo11 en algunas especies y descubrieron que estas células Spo11 no pueden procesar hasta la metafase I incluso en ausencia de DSB [3] . El propósito directo de estos DSB es ayudar en la condensación de los cromosomas. Aunque la unión inicial de los homólogos en el leptoteno temprano es simplemente interacciones aleatorias, la progresión hacia el alineamiento presináptico depende de la formación de roturas de doble cadena y complejos de transferencia de cadena sencilla [1] [4] . Por lo tanto, los cromosomas sin sinapsis en las células Spo11 pueden ser el objetivo del punto de control. Se ha descubierto que la AAA-adenosina trifosfatasa (AAA-ATPasa) desempeña un papel importante en esta vía [5] , pero el mecanismo aún no está claro. Algunos otros estudios también han llamado la atención sobre la formación de cuerpos sexuales, y la señalización podría ser una regulación estructural o transcripcional, como la inactivación meiótica de los cromosomas sexuales [6] [7] . Dentro de esta cascada, la interrupción de la sinapsis mantendrá la expresión de los genes de los cromosomas sexuales y ciertos alimentos pueden inhibir la progresión del ciclo celular. La inactivación del cromosoma sexual meiótico ocurre solo en los hombres, lo que puede ser en parte la razón por la cual solo los espermatocitos mutantes Spo11, pero no los ovocitos, no logran pasar de la profase I a la metafase I [3] [8] . Sin embargo, la asinapsis ocurre no solo dentro de los cromosomas sexuales, y tal regulación transcripcional se suspendió hasta que se extendió a todos los cromosomas en forma de silencio meiótico de la cromatina no sinapsada [9] , pero el gen efector aún no ha sido descubierto.
El papel central en la meiosis de humanos y murinos CHEK1 y CHEK2 y sus ortólogos en Saccharomyces cerevisiae , Caenorhabditis elegans , Schizosaccharomyces pombe y Drosophila ha sido revisado por MacQueen y Hochwagen [10] y Subramanian y Hochwagen [11] . Durante la recombinación meiótica en humanos y ratones, la proteína quinasa CHEK1 es importante para integrar la reparación del daño del ADN con la detención del ciclo celular [12] . CHEK1 se expresa en los testículos y se asocia con complejos sinaptonémicos meióticos en las etapas de cigonema y paquinema [12] . CHEK1 probablemente también actúa como un integrador de señales ATM y ATR en el control de la recombinación meiótica [12] . En los ovocitos de ratón , CHEK1 parece ser necesario para la detención de la profase I y para la función en el punto de control G2/M [13] .
CHEK2 regula el curso del ciclo celular y el ensamblaje del huso durante la maduración de ovocitos de ratón y el desarrollo embrionario temprano [14] . Aunque CHEK2 es un efector de la quinasa ATM corriente abajo que responde principalmente a roturas de doble cadena, también puede ser activado por la quinasa ATR (ataxia-telangiectasia y Rad3), que responde principalmente a roturas de una sola cadena. En ratones, se requiere CHEK2 para controlar el daño del ADN en la meiosis femenina . La respuesta de los ovocitos a la lesión por rotura de doble cadena del ADN implica una jerarquía de vías en las que la quinasa ATR transmite la señal CHEK2, que luego activa las proteínas p53 y p63 [15] .
En la mosca de la fruta Drosophila, la irradiación de células de la línea germinal induce roturas de doble cadena que conducen a la detención del ciclo celular y la apoptosis . El ortólogo mnk CHEK2 de Drosophila y el ortólogo p53 dp53 son necesarios para gran parte de la muerte celular observada en la ovogénesis temprana , cuando se produce la selección de ovocitos y la recombinación meiótica [16] .
Ndt80 es un factor de transcripción específico de la meiosis necesario para completar con éxito la meiosis y la formación de esporas [17] . La proteína reconoce y se une al elemento medio de esporulación (MSE) 5'-C[AG]CAAA[AT]-3' en la región promotora de genes específicos de etapa que se requieren para la meiosis y la esporulación [17] [18] [ 19] . Se ha aislado el dominio de unión al ADN de Ndt80, y su estructura muestra que esta proteína es un miembro de la familia de factores de transcripción Ig-fold [20] . Ndt80 también compite con el represor SUM1 para unirse a los promotores que contienen MSE [21] .
Cuando la mutación inactiva Ndt80 en la levadura en ciernes, las células meióticas exhiben un largo retraso en el paquiteno tardío, la tercera etapa de la profase [22] . Las células muestran complejos sinaptonémicos intactos, pero eventualmente se detienen en la etapa de cromatina difusa que sigue al paquiteno. Este cierre mediado por puntos de control evita que ocurran eventos posteriores hasta que los eventos anteriores se hayan completado con éxito y evita la segregación incorrecta de cromosomas [23] [24] .
NDt80 es fundamental para la finalización de la profase y la entrada en la meiosis 1, ya que estimula la expresión de una gran cantidad de genes a mitad de la meiosis. Ndt80 se regula a través de mecanismos transcripcionales y postraduccionales (es decir, fosforilación).
Interacción con Clb1Ndt80 estimula la expresión de la ciclina Clb-1 de tipo B, que interactúa fuertemente con Cdk1 durante las divisiones meióticas [25] . Los complejos activos de Clb-1 con Cdk1 juegan un papel importante en el desencadenamiento de los eventos de la primera división meiótica, y su actividad se limita a la meiosis 1 [26] .
Interacción con Ime2Ndt80 estimula la expresión de sí mismo y la expresión de la proteína quinasa Ime2, que a su vez estimula aún más a Ndt80. Esta mayor cantidad de proteína Ndt80 mejora aún más la transcripción de los genes diana [24] . Al comienzo de la meiosis 1, la actividad de Ime2 aumenta y es necesaria para la acumulación y actividad normales de Ndt80. Sin embargo, si Ndt80 se expresa prematuramente, inicialmente se acumulará en su forma no modificada. Ime2 también puede actuar como una quinasa específica de la meiosis que fosforila Ndt80, lo que da como resultado un Ndt80 completamente activado [27] .
Expresión plkNdt80 estimula la expresión del gen que codifica la quinasa similar al sexo, Plk. Esta proteína se activa en el paquiteno tardío y es necesaria para la formación de entrecruzamiento y la pérdida parcial de la cohesión del brazo cromosómico. Plk también es necesario y suficiente para desencadenar la salida de pachypoints [28] [29] .
El modelo de recombinaciónEl punto de control de la recombinación meiótica funciona en respuesta a defectos en la recombinación meiótica y la sinapsis cromosómica, lo que podría impedir que las células entren en divisiones meióticas [30] . Debido a que la recombinación se inicia mediante roturas de doble cadena (DSB) en ciertas regiones del genoma, la entrada en la meiosis 1 debe retrasarse hasta que se hayan reparado las DSB [31] . La quinasa Mek1 específica de la meiosis juega un papel importante en esto, y recientemente se ha descubierto que Mek1 puede fosforilar Ndt80 independientemente de IME2. Esta fosforilación, sin embargo, es inhibidora y evita que Ndt80 se una a MSE en presencia de DSB [32] .
La incompatibilidad heterocariónica (HI) se ha comparado con el sistema inmunitario fúngico [33] ; este es un mecanismo de no autorreconocimiento que es ubicuo entre los representantes filamentosos del phylum Asomycota del reino Fungi [34] . Vib-1 es un homólogo de Ndt80 en Neurospora crassa y se requiere para HI en esta especie. Se ha descubierto que las mutaciones en el locus vib1 suprimen el reconocimiento extraño, y se requiere VIB-1 para la producción de efectores posteriores relacionados con HI, como las proteasas extracelulares [35] [36] .
Desarrollo sexual femeninoLos estudios han demostrado que los homólogos de Ndt80 también desempeñan un papel en el desarrollo sexual femenino en especies fúngicas distintas de Saccharomyces cerevisiae , más ampliamente estudiada [35] [37] . Se ha encontrado que las mutaciones en vib-1 afectan el momento y el desarrollo de las estructuras reproductivas femeninas antes de la fertilización [37] .
Aunque el dominio de unión al ADN de Ndt80 se encuentra comúnmente en levaduras y otros hongos, es homólogo a varias proteínas eucariotas superiores, y los residuos utilizados para la unión están muy conservados. En humanos, el homólogo C11orf9 de Ndt80 se expresa en gran medida en células tumorales invasivas o metastásicas, lo que sugiere un uso potencial como molécula diana en la terapia contra el cáncer [38] . Sin embargo, se ha avanzado poco en esta dirección en los últimos años.
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