염색체 분리

Chromosome segregation

염색체 분리는 진핵생물에서 두 자매 크로마티드가 DNA 복제의 결과로서 형성되거나 동질 염색체를 쌍으로 하는 과정으로, 서로 분리되어 핵의 반대 극지방으로 이동한다.이 분리 과정은 유사분열과 감수분열 양쪽에서 발생한다.염색체 분리는 원핵생물에서도 일어난다.그러나 진핵 염색체 분리와는 대조적으로 복제와 분리는 일시적으로 분리되지 않는다.대신에 분리는 복제 후 점진적으로 발생한다.[1]

미토틱 크로마티드 분리

체세포 분열은 세포핵에서 염색체를 나눈다.

유사분열 염색체 분리는 세포 분열의 한 단계로 일상적으로 발생한다( 유사분열도 참조).유사분열도에 나타난 바와 같이, 유사분열은 DNA 복제가 선행되기 때문에 각 염색체는 크로마티스라고 불리는 두 개의 복사본을 형성한다.이러한 크로마티드는 응집체라고 불리는 단백질 복합체에 의해 촉진되는 과정인 반대 극과 분리된다.적절한 분리에 따라 크롬화이드의 완전한 세트가 두 개의 핵 각각으로 끝나게 되고, 세포분열이 완료되면 이전에 크로마티드로 언급되었던 각각의 DNA 복사를 이제는 염색체라고 부른다.

감수 염색체와 염색체 분리

염색체 분리는 아나파제 1과 아나파제 2라고 불리는 감수분열 동안 두 개의 개별적인 단계에서 발생한다( 감수분열도 참조).디플로이드 세포에는 부모의 기원이 다른 두 세트의 동질 염색체(예: 부성 염색체와 모성 염색체)가 있다.감수분열 다이어그램에 "간상 s"라고 표기된 감수분열 단계 중에는 DNA 복제의 한 라운드가 있기 때문에, 처음에 나타난 각각의 염색체는 현재 크로마티드라고 불리는 두 개의 복사본으로 구성되어 있다.이 염색체들(쌍체 염색체들)은 같은 핵에 존재하는 동종 염색체(쌍체 염색체들)와 결합한다( 감수분열 다이어그램의 프로상 1 참조).쌍체동맥 염색체의 정렬 과정을 시냅시스라고 한다(시냅시스 참조).시냅스 기간에는 대개 유전적 재조합이 일어난다.재조합 이벤트의 일부는 교차(두 크로마티드 사이의 물리적 교환의 분산)에 의해 발생하지만, 대부분의 재조합 이벤트는 정보 교환을 포함하지만 두 크로마티드 사이의 물리적 교환은 포함하지 않는다(SDSA(합성 의존 스트랜드 어닐링) 참조).재결합 후, 염색체 분리는 감수분열도표에서 은유효소Ⅰ과 아나파아제Ⅰ의 단계에서 지시하는 대로 발생한다.

서로 다른 쌍의 염색체들은 서로 독립적으로 분리되는데, 이 과정은 "비동질 염색체의 독립적인 분류"라고 불린다.이 과정은 각 생식세포가 보통 양쪽 부모의 염색체 혼합물을 포함하는 결과를 낳는다.

부적절한 염색체 분리(비분해, 절제 참조)는 무극성 생식체를 너무 적거나 너무 많은 염색체를 가질 수 있다.

감수분열 중에 분리가 발생하는 두 번째 단계는 프로상 II이다( 감수분열도 참조).이 단계에서 분리는 이 경우 프로단계 2가 DNA 복제가 선행되지 않는다는 점을 제외하고 유사분열 과정과 유사한 과정에 의해 발생한다.따라서 각 염색체를 구성하는 두 개의 크로마티드는 서로 다른 핵으로 분리되어 각 핵은 크로마티드의 단일 집합(현재 염색체라고 함)을 얻으며 각 핵은 하플로이드 가메트에 포함된다( 감수분열 다이어그램에서 프로 페이즈 2 이후의 단계 참조).이 분리 과정 또한 응집력에 의해 촉진된다.프로 단계 2 중 적절한 분리의 실패는 또한 무극성 게이메트로 이어질 수 있다.아뉴플로이드 생식체는 수정 과정을 거쳐 아뉴플로이드 자이를 형성할 수 있으며, 따라서 자손생식에 심각한 부작용을 초래할 수 있다.

교차로는 분리를 용이하게 하지만 필수적인 것은 아니다.

감수분열상 도표
현재 감수 재조합 모델은 이중 가닥 깨짐이나 틈새에 의해 시작되었고, 그 후 동질 염색체와의 결합과 스트랜드 침투를 통해 재조합 수리 과정을 시작한다.갭 수리는 측면부의 교차(CO) 또는 비크로스오버(NCO)로 이어질 수 있다.CO 재조합은 위의 오른쪽에 도해된 DHJ(Double Holyday Dunction) 모델에 의해 발생하는 것으로 생각된다.NCO 재조합은 주로 위의 왼쪽에 있는 SDSA(합성 종속 Strand Annealing) 모델에 의해 발생하는 것으로 생각된다.대부분의 재결합 이벤트는 SDSA 유형으로 나타난다.

감수 염색체 교차(CO) 재조합은 균질 염색체의 적절한 분리를 촉진한다.감수성 프로상 I의 끝에서 CO 재조합은 동질 염색체 쌍을 함께 고정하는 물리적 연결을 제공하기 때문이다.이러한 연결은 CO 재조합의 세포학적 발현인 치아스마타에 의해 확립된다.염색체 자매 간의 응집력 연결과 함께, CO 재조합은 쌍체 동종 염색체를 반대 극에 대한 질서 있게 분리하는 데 도움이 될 수 있다.이를 뒷받침하기 위해, 전체 게놈 염기서열에 의한 단일 정자체의 무연화 연구에서는 평균적으로 무연화 자오솜을 가진 인간의 정자 세포가 일반 세포보다 현저하게 적은 십자수를 보인다는 것이 밝혀졌다.[2]감수분열 1의 첫 번째 염색체 분리가 완료된 후 감수분열 II의 두 번째 등분할 동안 추가적인 염색체 분리가 있다.감수분열 II의 등분할 중 1단계에서 염색체의 적절한 초기 분리와 다음 염색체 분리는 모두 정확한 개수의 염색체를 가진 생식체를 생성하기 위해 필요하다.

CO 재조합은 Hollyday 접합 중간체의 형성 및 분해능을 포함하는 공정에 의해 생산된다."현재 감수성 재조합 모델"이라는 제목의 그림에서 알 수 있듯이 감수성 크로싱의 형성은 DSB(double strand break)에 의해 시작될 수 있다.DNA에 DSB의 도입은 종종 topoisomerase와 유사한 단백질 SPO11을 채택한다.[3] 또한 X-방사선 [4]또는 내부 소스와 같은 DNA 손상의 외부 원천에 의해서도 공동 재조합이 시작될 수 있다.[5][6]

CO 재조합이 감수성 염색체 분리를 용이하게 한다는 증거가 있다.[2]그러나 다른 연구들은 기즈마가 지지적이긴 하지만 감수성 염색체 분리에 필수적이지 않다는 것을 보여준다.싹이 트는 효모 사카로미세스 세레비시아아이는 감수성 재조합을 연구하는 데 사용되는 모델 유기체다.홀리데이 접속 분해능 수준에서 CO 재조합에 결함이 있는 S. 세레비시아 돌연변이가 효율적으로 염색체 분리를 거치는 것으로 밝혀졌다.S. 세레비시아와 아마도 포유류에서 대부분의 CO를 생성하는 경로에는 MLH1-MLH3 헤테로다이머(MutL 감마선이라고 함)를 포함한 단백질 복합체가 포함된다.[7]MLH1-MLH3 바인드는 홀리데이 결합에 우선한다.[8]슈퍼코일 이중 가닥 DNA에서 단일 가닥이 깨지게 하고 [8][9]CO 재조합물의 형성을 촉진하는 엔도누클레이저다.[10]MLH3(주요 경로)와 MMS4(소규모 홀리데이 접점 해상도 경로에 필요)에서 모두 삭제된 이중 돌연변이는 야생형(6~17배 감소)에 비해 교차가 현저히 줄었지만, 포자 생존성이 상당히 높았고(62%) 염색체 분리가 대부분 기능적으로 보였다.[10]

MSH4와 MSH5 단백질은 S. 세레비시아와 인간에서 이질-고분자 구조(히테로디머)를 형성한다.[11][12][13]S. 세레비시아에서 MSH4와 MSH5는 감수분열 동안 동질 염색체들 사이의 교차 작용을 특별히 촉진한다.[11]MSH4/MSH5 복합체는 이중 홀리데이 접합을 결합·안정화하며 크로스오버 제품으로 해상도를 홍보한다.S. 세레비시아이의 MSH4 저형질(부분 기능적) 돌연변이는 게놈 폭의 교차수에서 30%의 감소를 보였으며, 비교환 염색체와의 감응이 다수 나타났다.[14]그럼에도 불구하고, 이 돌연변이는 비교환 염색체의 분리가 효율적으로 발생했음을 암시하는 포자 생존성 패턴을 낳았다.[14]따라서 CO 재조합은 S. 세레비시아에서 감수분열 시 적절한 염색체 분리를 촉진하는 것으로 보이지만, 반드시 필요한 것은 아니다.

핵분열 효모인 정신분열효모세포 퐁베는 감수재조합(아키즘산분리)이 없을 때 동질 염색체를 분리할 수 있는 능력을 가지고 있다.[15]이 능력은 감수성 스핀들 극지방으로의 염색체 이동을 조절하는 미세관모터 다이네인에 의존한다.

참고 항목

참조

  1. ^ Nielsen, H. J.; Youngren, B.; Hansen, F. G.; Austin, S. (2007-12-01). "Dynamics of Escherichia coli Chromosome Segregation during Multifork Replication". Journal of Bacteriology. 189 (23): 8660–8666. doi:10.1128/JB.01212-07. ISSN 0021-9193. PMC 2168957. PMID 17905986.
  2. ^ a b Lu S, Zong C, Fan W, Yang M, Li J, Chapman AR, Zhu P, Hu X, Xu L, Yan L, Bai F, Qiao J, Tang F, Li R, Xie XS (2012). "Probing meiotic recombination and aneuploidy of single sperm cells by whole-genome sequencing". Science. 338 (6114): 1627–30. Bibcode:2012Sci...338.1627L. doi:10.1126/science.1229112. PMC 3590491. PMID 23258895.
  3. ^ Sansam CL, Pezza RJ (2015). "Connecting by breaking and repairing: mechanisms of DNA strand exchange in meiotic recombination". FEBS J. 282 (13): 2444–57. doi:10.1111/febs.13317. PMC 4573575. PMID 25953379.
  4. ^ Dernburg AF, McDonald K, Moulder G, Barstead R, Dresser M, Villeneuve AM (1998). "Meiotic recombination in C. elegans initiates by a conserved mechanism and is dispensable for homologous chromosome synapsis". Cell. 94 (3): 387–98. doi:10.1016/s0092-8674(00)81481-6. PMID 9708740. S2CID 10198891.
  5. ^ Farah JA, Cromie G, Davis L, Steiner WW, Smith GR (2005). "Activation of an alternative, rec12 (spo11)-independent pathway of fission yeast meiotic recombination in the absence of a DNA flap endonuclease". Genetics. 171 (4): 1499–511. doi:10.1534/genetics.105.046821. PMC 1456079. PMID 16118186.
  6. ^ Pauklin S, Burkert JS, Martin J, Osman F, Weller S, Boulton SJ, Whitby MC, Petersen-Mahrt SK (2009). "Alternative induction of meiotic recombination from single-base lesions of DNA deaminases". Genetics. 182 (1): 41–54. doi:10.1534/genetics.109.101683. PMC 2674839. PMID 19237686.
  7. ^ Zakharyevich K, Tang S, Ma Y, Hunter N (2012). "Delineation of joint molecule resolution pathways in meiosis identifies a crossover-specific resolvase". Cell. 149 (2): 334–47. doi:10.1016/j.cell.2012.03.023. PMC 3377385. PMID 22500800.
  8. ^ a b Ranjha L, Anand R, Cejka P (2014). "The Saccharomyces cerevisiae Mlh1-Mlh3 heterodimer is an endonuclease that preferentially binds to Holliday junctions". J. Biol. Chem. 289 (9): 5674–86. doi:10.1074/jbc.M113.533810. PMC 3937642. PMID 24443562.
  9. ^ Rogacheva MV, Manhart CM, Chen C, Guarne A, Surtees J, Alani E (2014). "Mlh1-Mlh3, a meiotic crossover and DNA mismatch repair factor, is a Msh2-Msh3-stimulated endonuclease". J. Biol. Chem. 289 (9): 5664–73. doi:10.1074/jbc.M113.534644. PMC 3937641. PMID 24403070.
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  11. ^ a b Pochart P, Woltering D, Hollingsworth NM (1997). "Conserved properties between functionally distinct MutS homologs in yeast". J. Biol. Chem. 272 (48): 30345–9. doi:10.1074/jbc.272.48.30345. PMID 9374523.
  12. ^ Winand NJ, Panzer JA, Kolodner RD (1998). "Cloning and characterization of the human and Caenorhabditis elegans homologs of the Saccharomyces cerevisiae MSH5 gene". Genomics. 53 (1): 69–80. doi:10.1006/geno.1998.5447. PMID 9787078.
  13. ^ Bocker T, Barusevicius A, Snowden T, Rasio D, Guerrette S, Robbins D, Schmidt C, Burczak J, Croce CM, Copeland T, Kovatich AJ, Fishel R (1999). "hMSH5: a human MutS homologue that forms a novel heterodimer with hMSH4 and is expressed during spermatogenesis". Cancer Res. 59 (4): 816–22. PMID 10029069.
  14. ^ a b Krishnaprasad GN, Anand MT, Lin G, Tekkedil MM, Steinmetz LM, Nishant KT (2015). "Variation in crossover frequencies perturb crossover assurance without affecting meiotic chromosome segregation in Saccharomyces cerevisiae". Genetics. 199 (2): 399–412. doi:10.1534/genetics.114.172320. PMC 4317650. PMID 25467183.
  15. ^ Davis L, Smith GR (2005). "Dynein promotes achiasmate segregation in Schizosaccharomyces pombe". Genetics. 170 (2): 581–90. doi:10.1534/genetics.104.040253. PMC 1450395. PMID 15802518.