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El complejo sinaptonémico ( SC ) es una estructura proteica que se forma entre cromosomas homólogos (dos pares de cromátidas hermanas ) durante la meiosis y se cree que media la sinapsis y la recombinación durante la profase I durante la meiosis en eucariotas . Actualmente se cree que el SC funciona principalmente como un andamiaje para permitir que las cromátidas interactuantes completen sus actividades de cruce . [1]
Composición
El complejo sinaptonémico es una estructura tripartita que consta de dos regiones laterales paralelas y un elemento central. Esta "estructura tripartita" se observa durante la etapa de paquiteno de la primera profase meiótica , tanto en machos como en hembras durante la gametogénesis . Previo a la etapa de paquiteno, durante el leptonema, los elementos laterales comienzan a formarse y estos inician y completan su apareamiento durante la etapa de cigoteno. Una vez que termina el paquiteno, el complejo sinaptonémico generalmente se desmonta y ya no se puede identificar. [2]
En los seres humanos, se han caracterizado tres componentes específicos del complejo sinaptonémico: proteína SC-1 (SYCP1), proteína SC-2 (SYCP2) y proteína SC-3 ( SYCP3 ). El gen SYCP1 está en el cromosoma 1p13; el gen SYCP2 está en el cromosoma 20q13.33; y el gen SYCP3 está en el cromosoma 12q. [3]
El complejo sinaptonémico fue descrito por Montrose J. Moses en 1956 en espermatocitos primarios de cangrejo de río y por D. Fawcett en espermatocitos de paloma, gato y hombre. [4] Como se observa con el microscopio electrónico, el complejo sinaptonémico está formado por dos "elementos laterales", formados principalmente por SYCP3 y secundariamente por SYCP2, un "elemento central" que contiene al menos dos proteínas adicionales y la región amino terminal de SYCP1, y una "región central" extendida entre los dos elementos laterales, que contiene los "filamentos transversales" compuestos principalmente por la proteína SYCP1. [3]
Las SC se pueden observar con el microscopio óptico utilizando tinción de plata o con técnicas de inmunofluorescencia que marcan las proteínas SYCP3 o SYCP2.
Montaje y desmontaje
La formación de las SC suele reflejar el apareamiento o " sinapsis " de cromosomas homólogos y puede utilizarse para investigar la presencia de anomalías de apareamiento en individuos portadores de anomalías cromosómicas, ya sea en número o en la estructura cromosómica. [5] Los cromosomas sexuales de los mamíferos machos muestran sólo una "sinapsis parcial", ya que normalmente forman sólo una SC corta en el par XY. La SC muestra muy poca variabilidad estructural entre los organismos eucariotas a pesar de algunas diferencias proteicas significativas. En muchos organismos, la SC lleva uno o varios "nódulos de recombinación" asociados a su espacio central. Se cree que estos nódulos corresponden a eventos de recombinación genética madura o "entrecruzamientos". En ratones machos, la irradiación gamma aumenta los entrecruzamientos meióticos en las SC. Esto indica que los daños del ADN causados exógenamente probablemente se reparen mediante la recombinación cruzada en las SC. [3] El hallazgo de una interacción entre un componente estructural de las SC [proteína del elemento central sinaptonémico 2 (SYCE2)] y la proteína de reparación recombinacional RAD51 también sugiere un papel de las SC en la reparación del ADN.
En el desarrollo celular, el complejo sinaptonémico desaparece durante la profase tardía de la meiosis I. Se forma durante el cigoteno.
Cáncer
Aunque la proteína 2 del complejo sinaptonémico (SYCP2) es una proteína meiótica, se expresa de forma aberrante y común en los cánceres de mama y ovario . La expresión de la proteína SYCP2 en estos cánceres está asociada con una amplia resistencia a los fármacos que inducen daño al ADN , es decir, los fármacos de respuesta al daño del ADN (DDR). [6] SYCP2 se emplea en la reparación de roturas de doble cadena de ADN mediante recombinación homóloga acoplada a la transcripción . [6] SYCP2 parece conferir resistencia a las células cancerosas a los agentes terapéuticos que dañan el ADN al estimular la reparación de roturas de doble cadena mediada por el bucle R. [6] Por lo tanto, se está estudiando la inhibición de la expresión de SYCP2 en los esfuerzos por mejorar la terapia para los cánceres de mama y ovario. [6]
Necesidad en eucariotas
Ahora es evidente que el complejo sinaptonémico no es necesario para la recombinación genética en algunos organismos. Por ejemplo, en los ciliados protozoarios como Tetrahymena thermophila y Paramecium tetraurelia, el cruce genético no parece requerir la formación del complejo sinaptonémico. [7] [8] La investigación ha demostrado que no solo se forma el SC después de la recombinación genética, sino que las células de levadura mutantes incapaces de ensamblar un complejo sinaptonémico aún pueden participar en el intercambio de información genética. Sin embargo, en otros organismos como el nematodo C. elegans , la formación de quiasmas requiere la formación del complejo sinaptonémico.
Referencias
- ^ Page SL, Hawley RS (8 de octubre de 2004). "La genética y la biología molecular del complejo sinaptonémico". Revisión anual de biología celular y del desarrollo . 20 (1): 525–58. doi :10.1146/annurev.cellbio.19.111301.155141. PMID 15473851.
- ^ Yang F, Wang PJ (2009). "El complejo sinaptonémico de los mamíferos: un andamiaje y más allá". Genome Dynamics . 5 : 69–80. doi :10.1159/000166620. ISBN 978-3-8055-8967-3. Número de identificación personal 18948708.
- ^ abc Bolcun-Filas E, Hall E, Speed R, Taggart M, Grey C, de Massy B, et al. (febrero de 2009). "La mutación del gen Syce1 del ratón altera la sinapsis y sugiere un vínculo entre los componentes estructurales del complejo sinaptonémico y la reparación del ADN". PLOS Genetics . 5 (2): e1000393. doi : 10.1371/journal.pgen.1000393 . PMC 2640461 . PMID 19247432.
- ^ Moses, Montrose J. (1968-12-01). "Complejo sinaptinémico". Revisión anual de genética . 2 (1): 363–412. doi :10.1146/annurev.ge.02.120168.002051. ISSN 0066-4197.
- ^ Zickler D, Kleckner N (1999-12-01). "Cromosomas meióticos: integración de estructura y función". Revisión anual de genética . 33 (1): 603–754. doi :10.1146/annurev.genet.33.1.603. PMID 10690419.
- ^ abcd Wang Y, Gao B, Zhang L, Wang X, Zhu X, Yang H, Zhang F, Zhu X, Zhou B, Yao S, Nagayama A, Lee S, Ouyang J, Koh SB, Eisenhauer EL, Zarrella D, Lu K, Rueda BR, Zou L, Su XA, Yeku O, Ellisen LW, Wang XS, Lan L (febrero de 2024). "La proteína meiótica SYCP2 confiere resistencia a agentes que dañan el ADN mediante la reparación del ADN mediada por bucle R". Comuna Nacional . 15 (1): 1568. doi :10.1038/s41467-024-45693-2. PMC 10881575 . PMID 38383600. Este artículo incorpora texto de esta fuente, que está disponible bajo la licencia CC BY 4.0.
- ^ Lukaszewicz A, Howard-Till RA, Loidl J (noviembre de 2013). "La nucleasa Mus81 y la helicasa Sgs1 son esenciales para la recombinación meiótica en un protista que carece de un complejo sinaptonémico". Nucleic Acids Research . 41 (20): 9296–309. doi :10.1093/nar/gkt703. PMC 3814389 . PMID 23935123.
- ^ Chi J, Mahé F, Loidl J, Logsdon J, Dunthorn M (marzo de 2014). "El inventario de genes de la meiosis de cuatro ciliados revela la prevalencia de una vía de cruce independiente del complejo sinaptonémico". Biología molecular y evolución . 31 (3): 660–72. doi : 10.1093/molbev/mst258 . PMID 24336924.
Enlaces externos
- Complejo sinaptonémico mediante iluminación estructurada en 3D, fotografía de la Dra. Chung-Ju Rachel Wang, Universidad de California en Berkeley, Departamento de Biología Molecular y Celular, Berkeley, CA, EE. UU., ganadora del segundo lugar del Concurso de imágenes digitales Olympus Bioscapes 2009.
- Kounetsova A. et al, Meiosis en ratones sin complejo sinaptonémico PLOS ONE (2011)