Meiosi (Meiosis)

La meiosi ( ) rappresenta una forma specializzata di divisione cellulare che si verifica nelle cellule germinali degli organismi a riproduzione sessuata, portando alla produzione di gameti, come spermatozoi o cellule uovo. Questo intricato processo prevede due cicli successivi di divisione, che alla fine producono quattro cellule figlie, ciascuna dotata di un insieme aploide di cromosomi (una singola copia di ciascuna). Fondamentalmente, prima di queste divisioni, il materiale genetico dei cromosomi omologhi paterni e materni subisce l'incrocio, che genera nuove combinazioni genetiche su ciascun cromosoma. Successivamente, durante la fecondazione, le cellule aploidi generate tramite meiosi da un organismo maschile e uno femminile si fondono per formare uno zigote, una cellula diploide caratterizzata da due copie di ciascun cromosoma.

meiosi ( ) è un tipo speciale di divisione cellulare delle cellule germinali negli organismi a riproduzione sessuale che produce gameti, spermatozoi o ovuli. Si tratta di due cicli di divisione che alla fine danno come risultato quattro cellule, ciascuna con una sola copia di ciascun cromosoma (aploide). Inoltre, prima della divisione, il materiale genetico delle copie paterne e materne di ciascun cromosoma viene incrociato, creando nuove combinazioni di codici su ciascun cromosoma. Successivamente, durante la fecondazione, le cellule aploidi prodotte dalla meiosi di un maschio e di una femmina si fondono per creare uno zigote, una cellula con due copie di ciascun cromosoma.

Le aberrazioni che si verificano durante la meiosi, che provocano aneuploidia (un numero anomalo di cromosomi), sono identificate come la causa nota predominante di aborto spontaneo e rappresentano l'eziologia genetica più frequente delle disabilità dello sviluppo.

Nella meiosi, il DNA alla replicazione seguono due cicli di divisione cellulare, che culminano nella produzione di quattro cellule figlie, ciascuna dotata della metà del corredo cromosomico della cellula madre originale. Queste due divisioni meiotiche sequenziali sono designate come Meiosi I e Meiosi II. Prima dell'inizio della meiosi, durante la fase S del ciclo cellulare, il DNA di ciascun cromosoma viene replicato, dando origine a due cromatidi fratelli identici che rimangono associati attraverso la coesione dei cromatidi fratelli. Questa specifica fase S viene spesso definita "fase S premeiotica" o "fase S meiotica". Immediatamente dopo la replicazione del DNA, le cellule meiotiche entrano in uno stadio prolungato simile al G₂ noto come profase meiotica. Durante questo periodo critico, i cromosomi omologhi si accoppiano e subiscono la ricombinazione genetica, un processo programmato con precisione che coinvolge la scissione e la riparazione del DNA che consente lo scambio di informazioni genetiche. Un sottoinsieme di questi eventi di ricombinazione porta a crossover, che formano collegamenti fisici, noti come chiasmi (singolare: chiasma, derivato dalla lettera greca Chi, Χ), tra cromosomi omologhi. Nella maggior parte degli organismi, questi chiasmi facilitano l'accurata segregazione di ciascuna coppia di cromosomi omologhi durante la Meiosi I, producendo due cellule aploidi che contengono la metà del numero di cromosomi presenti nella cellula madre.

Durante la Meiosi II, viene rilasciata la coesione tra i cromatidi fratelli, portando alla loro segregazione l'uno dall'altro, un processo analogo a quello osservato nella mitosi. In alcuni casi, tutti e quattro i prodotti meiotici si sviluppano in gameti, come sperma, spore o polline. Tuttavia, negli animali femmine, tre dei quattro prodotti meiotici vengono generalmente eliminati tramite estrusione in corpi polari, con solo una cellula che matura per produrre un ovulo. Il dimezzamento del numero cromosomico durante la meiosi consente ai gameti di fondersi durante la fecondazione, formando uno zigote diploide che contiene due copie di ciascun cromosoma, una ereditata da ciascun genitore. Pertanto, i cicli alternati di meiosi e fecondazione sono fondamentali per la riproduzione sessuale, garantendo il mantenimento costante del numero cromosomico attraverso le generazioni successive. Ad esempio, le cellule umane diploidi contengono 23 paia di cromosomi, inclusa una coppia di cromosomi sessuali (per un totale di 46 cromosomi), metà dei quali provengono dalla madre e l'altra metà dal padre. La meiosi genera gameti aploidi (ovuli o spermatozoi), ciascuno contenente un singolo set di 23 cromosomi. Quando un ovulo e uno spermatozoo si fondono, lo zigote risultante diventa diploide ancora una volta, con sia la madre che il padre che contribuiscono con 23 cromosomi. Questo modello generale, sebbene con variazioni nel numero preciso di cromosomi, è caratteristico di tutti gli organismi che utilizzano la meiosi.

La meiosi è un processo biologico fondamentale osservato in tutti gli organismi a riproduzione sessuale, che comprende sia eucarioti unicellulari che multicellulari, inclusi animali, piante e funghi. Costituisce un meccanismo essenziale sia per l'oogenesi che per la spermatogenesi.

Panoramica

Sebbene il processo di meiosi sia fondamentalmente correlato al più generale processo di divisione cellulare della mitosi, si distingue per due differenze cruciali:

La meiosi inizia con una cellula diploide, che possiede intrinsecamente due copie di ciascun cromosoma, denominate omologhi. Inizialmente, la cellula subisce la replicazione del DNA, risultando in ciascun omologo comprendente due cromatidi fratelli identici. Successivamente, ciascun insieme di omologhi si accoppia e si impegna nella ricombinazione omologa, facilitando lo scambio di informazioni genetiche, che spesso porta alla formazione di connessioni fisiche note come crossover tra gli omologhi. Durante la prima divisione meiotica, l'apparato del fuso segrega gli omologhi in cellule figlie separate. Le cellule procedono quindi ad una seconda divisione senza che intervenga un ciclo di replicazione del DNA. In questa successiva divisione, i cromatidi fratelli vengono segregati in cellule figlie distinte, producendo infine un totale di quattro cellule aploidi. Gli animali femmine mostrano una leggera deviazione da questo schema, producendo un grande ovulo e tre corpi polari più piccoli. A causa della ricombinazione, un singolo cromatide può incorporare una nuova combinazione di informazioni genetiche materne e paterne, generando così una prole geneticamente distinta da entrambi i genitori. Inoltre, un singolo gamete può contenere un assortimento di cromatidi materni, paterni e ricombinanti. Questa diversità genetica, un prodotto della riproduzione sessuale, contribuisce in modo significativo alla variazione dei tratti su cui opera la selezione naturale.

La meiosi condivide numerosi meccanismi con la mitosi, la forma di divisione cellulare impiegata dagli eucarioti per produrre due cellule figlie geneticamente identiche da un'unica cellula madre. In alcune piante, funghi e protisti, la meiosi culmina nella formazione di spore, che sono cellule aploidi capaci di divisione vegetativa senza richiedere fecondazione. Al contrario, alcuni eucarioti, come i rotiferi bdelloidi, non hanno la capacità di meiosi e hanno sviluppato la capacità di riprodursi attraverso la partenogenesi.

La meiosi non si verifica negli archaea o nei batteri, che tipicamente si riproducono asessualmente tramite fissione binaria. Tuttavia, un processo "sessuale" chiamato trasferimento genico orizzontale comporta la trasmissione del DNA da un batterio o archaeon a un altro, seguita dalla ricombinazione di queste molecole di DNA provenienti da diverse fonti parentali.

Storia

La prima scoperta e descrizione della meiosi avvenne nelle uova di riccio di mare nel 1876, attribuita al biologo tedesco Oscar Hertwig. Successivamente, nel 1883, lo zoologo belga Edouard Van Beneden fornì una descrizione a livello cromosomico del processo nelle uova di nematodi Ascaris. Tuttavia, il profondo significato della meiosi per la riproduzione e l'ereditarietà fu chiarito solo nel 1890 dal biologo tedesco August Weismann, il quale ipotizzò che due divisioni cellulari fossero essenziali per trasformare una cellula diploide in quattro cellule aploidi mantenendo un numero cromosomico costante. Nel 1911, il genetista americano Thomas Hunt Morgan identificò crossover durante la meiosi nel moscerino della frutta Drosophila melanogaster, una scoperta determinante per stabilire che i tratti genetici vengono trasmessi sui cromosomi.

Il termine "meiosi" deriva dalla parola greca μείωσις, che significa 'diminuzione'. È stato introdotto nella terminologia biologica da J.B. Farmer e J.E.S. Moore nel 1905, inizialmente reso con la peculiare grafia "maiosi":

Proponiamo di applicare i termini Maiosi o Fase Maiotica per coprire tutta la serie di cambiamenti nucleari compresi nelle due divisioni che furono designate come Eterotipo e Omotipo da Flemming.

L'ortografia fu successivamente standardizzata in "meiosi" da Koernicke (1905) e da Pantel e De Sinety (1906) per conformarsi alle pratiche di traslitterazione greche convenzionali.

Fasi

La meiosi è delineata in Meiosi I e Meiosi II, che sono ulteriormente suddivise rispettivamente in Cariocinesi I, Citocinesi I, Cariocinesi II e Citocinesi II. Le fasi preparatorie che precedono la meiosi sono identiche per struttura e nomenclatura all'interfase del ciclo cellulare mitotico. L'interfase stessa è segmentata in tre fasi distinte:

• Fase di crescita 1 (G₁): durante questa fase altamente attiva, la cellula sintetizza una vasta gamma di proteine, che comprendono gli enzimi e le proteine strutturali necessari per la sua crescita. In G§23§ ogni cromosoma è costituito da una singola molecola di DNA lineare.
• Fase di sintesi (S): il materiale genetico subisce la replicazione; ciascun cromosoma all'interno della cellula si duplica per formare due cromatidi fratelli identici, che rimangono attaccati a un centromero. Questa replicazione non altera la ploidia della cellula, poiché il numero di centromeri rimane costante. I cromatidi fratelli identici non si sono ancora condensati nei cromosomi densamente assemblati osservabili al microscopio ottico; questa condensazione avverrà durante la profase I della meiosi.
• La fase G₂, tipicamente osservata prima della mitosi, è assente nella meiosi. Invece, la profase meiotica mostra la somiglianza più vicina alla fase G§4_{5§ del ciclo cellulare mitotico.}

Dopo l'interfase, il processo meiotico si svolge in due divisioni successive: meiosi I e meiosi II. La meiosi I comporta la segregazione di cromosomi omologhi replicati, ciascuno comprendente due cromatidi fratelli, in due cellule figlie distinte, dimezzando così il conteggio dei cromosomi. Successivamente, durante la meiosi II, i cromatidi fratelli si dissociano, portando alla segregazione dei cromosomi figli risultanti in quattro cellule figlie. Negli organismi diploidi, le cellule prodotte attraverso la meiosi sono aploidi e possiedono una singola copia di ciascun cromosoma. Alcune specie mostrano un periodo di quiescenza intermedio, chiamato intercinesi, tra la meiosi I e la meiosi II.

Sia la meiosi I che la meiosi II sono suddivise in stadi profase, metafase, anafase e telofase, che svolgono funzioni analoghe alle loro controparti nel ciclo cellulare mitotico. Di conseguenza, la meiosi comprende gli stadi della meiosi I (profase I, metafase I, anafase I, telofase I) e della meiosi II (profase II, metafase II, anafase II, telofase II).

Durante la meiosi si osserva un'intensificazione della trascrizione di particolari geni. Oltre alla robusta espressione di mRNA specifica per lo stadio meiotico, estesi controlli traslazionali, come l'utilizzo selettivo di mRNA preesistente, governano anche l'espressione proteica dei geni specifica per lo stadio meiotico finale. Pertanto, sia i meccanismi di regolazione trascrizionale che quelli traslazionali sono cruciali per orchestrare l'ampia riorganizzazione cellulare richiesta per la meiosi.

Meiosi I

La meiosi I comporta la segregazione dei cromosomi omologhi, che sono inizialmente associati come tetradi (2n, 4c), risultando in due cellule aploidi (n cromosomi, 23 nell'uomo). Ciascuna di queste cellule contiene successivamente coppie di cromatidi (1n, 2c). Dato che il livello di ploidia diminuisce da diploide ad aploide, la meiosi I è designata come divisione riduttiva. Al contrario, la Meiosi II funziona come una divisione equazionale, rispecchiando la mitosi, dove i cromatidi fratelli si separano, producendo infine quattro cellule figlie aploidi (1n, 1c).

Profase I

La profase I costituisce lo stadio più prolungato della meiosi, estendendosi per 13 giorni su 14 nei topi. Durante questa fase, i cromosomi materni e paterni omologhi subiscono accoppiamento, sinapsi e scambio di informazioni genetiche tramite ricombinazione omologa, portando alla formazione di almeno un crossover per cromosoma. Questi crossover si manifestano come chiasmi visibili (plurale; singolare chiasma). Questo intricato processo garantisce un'associazione stabile tra cromosomi omologhi, facilitando così la loro precisa segregazione durante la divisione meiotica iniziale. I cromosomi accoppiati e replicati sono indicati come bivalenti (comprendenti due cromosomi) o tetradi (comprendenti quattro cromatidi), con ciascun cromosoma originario di un genitore diverso. La profase I è ulteriormente delineata in diverse sottofasi, classificate in base alle caratteristiche morfologiche dei cromosomi.

Leptotene

Il sottostadio iniziale della Profase I è lo stadio leptotene, chiamato anche leptonema, derivato dalle radici greche che significano "fili sottili". Durante questa fase della Profase I, i singoli cromosomi, ciascuno composto da due cromatidi fratelli replicati, diventano distinti e visibili come strutture filamentose all'interno del nucleo. Ogni cromosoma si organizza in una disposizione lineare di anse, un processo mediato dalla coesione. Contemporaneamente, gli elementi laterali del complesso sinaptonemico si assemblano per formare un "elemento assiale", da cui si estendono queste anse. La ricombinazione inizia durante il leptotene, catalizzata dall'enzima SPO11, che induce rotture programmate del doppio filamento (circa 300 per meiosi nei topi). Questa attività enzimatica porta alla formazione di filamenti di DNA a filamento singolo, che vengono successivamente rivestiti da RAD51 e DMC1. Questi filamenti rivestiti invadono quindi i cromosomi omologhi, stabilendo ponti interassiali e facilitando l'accoppiamento o il coallineamento degli omologhi (raggiungendo una prossimità di circa 400 nm nei topi).

Zigotene

Dopo il leptotene inizia lo stadio zigotene, chiamato anche zygonema. Questo termine deriva da parole greche che significano "fili accoppiati". In alcuni organismi, questa fase è conosciuta anche come fase del bouquet a causa del caratteristico raggruppamento dei telomeri su un polo del nucleo. Durante lo zigotene, i cromosomi omologhi raggiungono un'associazione significativamente più stretta (circa 100 nm) e più stabile, un processo chiamato sinapsi. Questo stretto accoppiamento è facilitato dall'assemblaggio degli elementi trasversali e centrali del complesso sinaptonemico. Si ipotizza che la sinapsi proceda come una cerniera, iniziando da un nodulo di ricombinazione. I cromosomi accoppiati risultanti sono designati come cromosomi bivalenti o tetradici.

Pachitene

Lo stadio pachytene, identificato anche come pachynema e derivato da termini greci che significano "fili spessi", segna il punto in cui tutti i cromosomi autosomici hanno subito la sinapsi. Durante questa fase, la ricombinazione omologa, che comprende il crossover cromosomico, viene finalizzata attraverso la riparazione delle rotture del doppio filamento che hanno avuto origine nel leptotene. La maggior parte di queste rotture vengono riparate senza generare crossover, portando alla conversione genetica. Tuttavia, un sottoinsieme specifico di rotture (almeno una per cromosoma) forma incroci tra cromosomi non fratelli (omologhi), facilitando lo scambio di materiale genetico. Questo scambio tra cromatidi omologhi dà luogo a una ricombinazione genetica, garantendo che ciascun cromosoma mantenga il suo contenuto informativo completo senza che ne risultino lacune. A causa della natura indistinguibile dei cromosomi all'interno del complesso sinaptonemico, l'effettivo evento di crossover non è distinguibile tramite microscopia ottica standard; i chiasmi diventano visibili solo nella fase successiva.

Diplotene

Durante la fase del diplotene, chiamata anche diplonema, termine derivato dalle parole greche che significano "due fili", il complesso sinaptonemico subisce un disassemblaggio e i cromosomi omologhi iniziano a separarsi leggermente. Nonostante questa separazione, i cromosomi omologhi all'interno di ciascun bivalente mantengono strette connessioni ai chiasmi, che sono i siti in cui precedentemente avveniva l'incrocio. Questi chiasmi persistono sui cromosomi finché non vengono scissi durante la transizione all'anafase I, consentendo ai cromosomi omologhi di migrare verso poli cellulari opposti.

Nell'ovogenesi fetale umana, tutti gli ovociti in via di sviluppo progrediscono fino a questo stadio e successivamente subiscono un arresto nella profase I prima della nascita. Questo prolungato stato di quiescenza è designato come stadio del dictiotene o dittato. Dura finché non riprende la meiosi per preparare l'ovocita all'ovulazione, un evento che si verifica durante la pubertà o potenzialmente più tardi.

Diacinesi

I cromosomi subiscono un'ulteriore condensazione durante la fase di diacinesi, un termine che deriva dalle parole greche che significano "muoversi attraverso". Questa fase rappresenta il punto iniziale della meiosi in cui i quattro componenti delle tetradi diventano distintamente visibili. I siti di attraversamento si intrecciano creando un effetto di sovrapposizione che rende i chiasmi chiaramente distinguibili. A parte questa osservazione specifica, il resto di questa fase è strettamente parallela alla prometafase della mitosi: i nucleoli svaniscono, la membrana nucleare si frammenta in vescicole e il fuso meiotico inizia la sua formazione.

Formazione del fuso meiotico

A differenza delle cellule mitotiche, gli ovociti umani e di topo mancano di centrosomi per la generazione del fuso meiotico. Negli ovociti murini, circa 80 centri di organizzazione dei microtubuli (MTOC) si fondono in una struttura sferica all'interno dell'ooplasma, avviando la nucleazione di microtubuli che si estendono verso e si attaccano ai cromosomi ai loro cinetocori. Progressivamente, questi MTOC si fondono, culminando nella formazione di due poli distinti e di un fuso a forma di botte. Negli ovociti umani, la nucleazione dei microtubuli del fuso inizia direttamente sui cromosomi, formando un aster che successivamente si espande per avvolgerli. I cromosomi migrano quindi lungo i microtubuli verso l'equatore del fuso, dove i loro cinetocori stabiliscono collegamenti terminali ai microtubuli.

Metafase I

Le coppie omologhe migrano e si allineano lungo la piastra metafasica. I microtubuli del cinetocore che originano da entrambi i poli del fuso si attaccano ai rispettivi cinetocori corrispondenti, facendo sì che i cromosomi omologhi accoppiati si dispongano lungo un piano equatoriale che divide in due il fuso. Questo allineamento è mantenuto da continue forze di controbilanciamento esercitate sui bivalenti dai microtubuli emanati dai due cinetocori dei cromosomi omologhi, una configurazione chiamata attacco bipolare. Il meccanismo fisico fondamentale alla base dell'assortimento indipendente dei cromosomi è l'orientamento casuale di ciascun bivalente lungo la placca metafase, rispetto all'orientamento degli altri bivalenti lungo lo stesso asse equatoriale. Il complesso proteico di coesione mantiene il collegamento tra i cromatidi fratelli dalla loro replicazione fino all'anafase I. Nella divisione mitotica, le forze opposte esercitate dai microtubuli del cinetocore generano tensione, che la cellula rileva, impedendo la progressione nell'anafase finché tutti i cromosomi non sono correttamente biorientati. Nella meiosi, l'instaurarsi di questa tensione richiede tipicamente almeno un crossover per coppia di cromosomi, oltre alla coesione tra i cromatidi fratelli.

Anafase I

I microtubuli del cinetocore subiscono un accorciamento, attirando così i cromosomi omologhi, ciascuno comprendente una coppia di cromatidi fratelli, verso i poli cellulari opposti. Allo stesso tempo, i microtubuli non cinetocore si estendono, facilitando la separazione dei centrosomi. La cellula successivamente si allunga, preparandosi alla divisione centrale. Distinta dalla mitosi, la coesione situata sui bracci dei cromosomi viene degradata, mentre la coesione che circonda il centromero è preservata da Shugoshin, una proteina (derivato dal giapponese per "spirito guardiano"). Questo meccanismo protettivo garantisce che i cromatidi fratelli rimangano associati mentre i cromosomi omologhi sono segregati.

Telofase I

La divisione meiotica iniziale si conclude con l'arrivo dei cromosomi ai poli cellulari. Ciascuna cellula figlia nascente possiede successivamente un complemento cromosomico aploide, con ciascun cromosoma ancora composto da una coppia di cromatidi. I microtubuli della rete del fuso si dissipano e una nuova membrana nucleare incapsula ciascun insieme aploide. La citocinesi, caratterizzata dall'invaginazione della membrana cellulare nelle cellule animali o dallo sviluppo di una parete cellulare nelle cellule vegetali, procede poi culminando nella formazione di due cellule figlie. Tuttavia, la citocinesi rimane spesso incompleta, formando "ponti citoplasmatici" che consentono lo scambio citoplasmatico tra le cellule figlie fino alla fine della meiosi II. I cromatidi fratelli mantengono il loro attaccamento durante la telofase I.

Dopo la telofase I, le cellule possono passare a una fase quiescente chiamata intercinesi o interfase II. Durante questo intervallo, la replicazione del DNA non avviene.

Meiosi II

La meiosi II rappresenta la seconda divisione meiotica, che tipicamente coinvolge la segregazione equazionale, che comporta la separazione dei cromatidi fratelli. Meccanicisticamente, questo processo assomiglia alla mitosi; tuttavia, i suoi esiti genetici sono profondamente distinti. Culmina nella generazione di quattro cellule aploidi (n cromosomi; 23 negli esseri umani) dalle due cellule aploidi (ciascuna contenente n cromosomi, a loro volta composte da due cromatidi fratelli) generate durante la Meiosi I. I quattro stadi principali della Meiosi II sono Profase II, Metafase II, Anafase II e Telofase II.

Durante la Profase II, i nucleoli e l'involucro nucleare si dissipano ancora una volta, mentre i cromatidi subiscono accorciamento e ispessimento. I centrosomi migrano verso le regioni polari, organizzando le fibre del fuso essenziali per la seconda divisione meiotica.

Durante la metafase II, ciascun centromero possiede due cinetocori, che stabiliscono connessioni con le fibre del fuso originate dai centrosomi posizionati ai poli opposti. La placca metafasica equatoriale appena formata è orientata di 90 gradi rispetto alla sua posizione nella Meiosi I, giacendo quindi perpendicolare alla placca precedente.

Successivamente inizia l'Anafase II, durante la quale la coesione centromerica residua, non più salvaguardata da Shugoshin, viene scissa. Questa scissione facilita la segregazione dei cromatidi fratelli. Convenzionalmente, questi cromatidi fratelli che si separano vengono ridesignati come cromosomi fratelli mentre migrano verso i poli opposti.

Il processo culmina nella Telofase II, uno stadio analogo alla Telofase I, caratterizzato dalla decondensazione e dall'allungamento dei cromosomi, insieme allo smontaggio dell'apparato del fuso. Successivamente gli involucri nucleari si riformano e la formazione del solco di scissione o lo sviluppo della piastra cellulare producono infine un totale di quattro cellule figlie, ciascuna contenente un complemento aploide di cromosomi.

Al completamento di queste fasi, si conclude la meiosi, con conseguente formazione di quattro nuove cellule figlie.

Origine e funzione

Origine della meiosi

La meiosi è considerata una caratteristica fondamentale degli organismi eucarioti, che probabilmente emerge all'inizio della loro storia evolutiva. Recentemente è stato dimostrato che gli eucarioti che in precedenza si credeva mancassero di riproduzione meiotica possedevano, o avevano posseduto una volta, questa capacità. Ad esempio, in passato si pensava che Giardia intestinalis, un parassita intestinale diffuso, provenisse da un lignaggio precedente all'evoluzione della meiosi e della riproduzione sessuale. Tuttavia, G. intestinalis è stato ora identificato come contenente un complemento centrale di geni meiotici, che include specificamente cinque geni unici per la meiosi. Inoltre, è stata rilevata evidenza di ricombinazione meiotica, che indica la riproduzione sessuale, in G. intestinale. I protozoi parassiti appartenenti al genere Leishmania, responsabili delle malattie umane, rappresentano un altro gruppo precedentemente considerato asessuale. Tuttavia, è stato dimostrato che questi organismi esibiscono un ciclo sessuale compatibile con un meccanismo meiotico. Mentre le amebe erano storicamente considerate asessuali, le prove ora suggeriscono che la maggior parte dei lignaggi erano anticamente sessuali, con la maggior parte dei gruppi asessuali che probabilmente sono emersi di recente e in modo indipendente. Sulla base dell'analisi filogenetica, Dacks e Rogers hanno ipotizzato che la riproduzione sessuale facoltativa fosse probabilmente presente nell'ultimo antenato comune degli eucarioti.

Variazione genetica

La meiosi genera nuove combinazioni di DNA, fungendo da fonte cruciale di variazione genetica insieme alla mutazione, producendo così nuove combinazioni alleliche che possono conferire vantaggi. La diversità genetica dei gameti deriva dalla meiosi attraverso due meccanismi primari: (1) Assortimento indipendente: l'allineamento autonomo delle coppie di cromosomi omologhi sulla placca metafase durante la metafase I, seguito dall'orientamento dei cromatidi fratelli nella metafase II e dalla loro successiva segregazione durante l'anafase I e II, garantisce una distribuzione casuale e indipendente dei cromosomi a ciascuna cellula figlia e, infine, ai gameti. (2) Crossing Over: lo scambio reciproco di segmenti cromosomici omologhi tramite ricombinazione omologa durante la profase I porta a nuove disposizioni del materiale genetico all'interno dei cromosomi. Tuttavia, questo scambio fisico non è universalmente osservato durante la meiosi. Ad esempio, negli ovociti del baco da seta Bombyx mori, la meiosi è interamente achiasmata, il che significa che è priva di crossover. Nonostante la presenza di complessi sinaptonemici durante lo stadio di pachitene della meiosi in B. mori, la ricombinazione omologa che comporta il crossover non avviene tra i cromosomi accoppiati.

Profase I arresto

Le femmine dei mammiferi e le specie aviarie nascono con il loro complemento completo di ovociti necessari per le successive ovulazioni, con questi ovociti arrestati nello stadio profase I della meiosi. Negli esseri umani, ad esempio, gli ovociti si sviluppano nel feto tra i tre e i quattro mesi di gestazione, essendo quindi presenti alla nascita. Durante questo stadio di arresto della profase I, noto come dittato, che può persistere per diversi decenni, gli ovociti contengono quattro copie del genoma. Si è ipotizzato che questo arresto degli ovociti nella fase di copia di quattro genomi fornisca la ridondanza informativa necessaria per riparare il danno al DNA germinale. Il meccanismo di riparazione impiegato sembra essere la riparazione ricombinante omologa. Gli ovociti arrestati nella profase I mostrano una robusta capacità di riparazione efficiente del danno al DNA, in particolare per quanto riguarda le rotture del doppio filamento indotte esogenamente. Di conseguenza, la capacità di riparazione del DNA emerge come un meccanismo fondamentale di controllo della qualità all'interno della linea germinale femminile e un fattore cruciale che influenza la fertilità.

Meiosi come adattamento per la riparazione del DNA della linea germinale

La ricombinazione genetica può essere fondamentalmente intesa come un processo di riparazione del DNA e il suo verificarsi durante la meiosi rappresenta un adattamento per rettificare il DNA genomico trasmesso alla prole. L'evidenza empirica suggerisce che un vantaggio significativo della meiosi risiede nella riparazione ricombinante del danno al DNA germinale, esemplificato dai seguenti casi. Il perossido di idrogeno è un agente noto per indurre stress ossidativo, che provoca danni ossidativi al DNA. L'esposizione del lievito Schizosaccharomyces pombe al perossido di idrogeno ha portato ad un aumento da 4 a 18 volte della frequenza di accoppiamento e della formazione di spore meiotiche. Volvox carteri, un'alga verde aploide, multicellulare, con sessualità facoltativa, può essere indotta dallo shock termico a sottoporsi alla riproduzione sessuale meiotica. L'induzione di questo processo è sopprimibile dagli antiossidanti, suggerendo che il sesso meiotico indotto dallo shock termico è probabilmente mediato dallo stress ossidativo, che successivamente causa elevati danni al DNA.

Evento

Cicli di vita

La meiosi è una componente integrale dei cicli vitali eucariotici caratterizzati dalla riproduzione sessuale. Questi cicli comprendono una sequenza ricorrente di crescita e sviluppo, facilitata dalla divisione cellulare mitotica, seguita dalla generazione di gameti attraverso la meiosi e dalla successiva fecondazione. Le cellule germinali sono responsabili della produzione di gameti durante fasi specifiche del ciclo di vita. Al contrario, le cellule somatiche costituiscono la struttura fisica dell'organismo e non partecipano alla formazione dei gameti.

L'interazione ciclica della meiosi e della fecondazione stabilisce un'alternanza tra stati cellulari aploidi e diploidi. La fase organica predominante all'interno di un ciclo di vita può manifestarsi in tre forme: uno stato diploide (chiamato ciclo di vita diplontico), uno stato aploide (chiamato ciclo di vita aplontetico) o una combinazione di entrambi (ciclo di vita aplodiplonte). Il ciclo aplodiploide si distingue per la presenza di due fasi organiche distinte, una composta da cellule aploidi e l'altra da cellule diploidi.

All'interno del ciclo di vita diplomatico, che coinvolge la meiosi pre-gametica ed è esemplificato dagli esseri umani, l'organismo esiste come entità diploide multicellulare. Questo organismo si sviluppa attraverso divisioni mitotiche originate da uno zigote diploide. Le cellule staminali diploidi della linea germinale all'interno dell'organismo subiscono successivamente la meiosi, generando gameti aploidi (spermatozoi nei maschi e ovuli nelle femmine). Questi gameti poi si fondono durante la fecondazione per ricostituire lo zigote diploide. Lo zigote diploide risultante subisce quindi successive divisioni cellulari mitotiche per svilupparsi nell'organismo maturo.

Nel ciclo di vita aploide, caratterizzato dalla meiosi post-zigotica, l'organismo esiste prevalentemente in uno stato aploide. Questo organismo aploide si sviluppa attraverso la proliferazione e la differenziazione di una singola cellula aploide, denominata gamete. I gameti aploidi di due organismi sessualmente distinti si uniscono per formare uno zigote diploide. Immediatamente dopo la sua formazione, questo zigote subisce la meiosi, producendo quattro cellule aploidi. Queste cellule aploidi successivamente subiscono la mitosi per svilupparsi nell'organismo aploide maturo. Numerosi funghi e protozoi esibiscono il ciclo vitale aplonte.

Il ciclo vitale aplodiplotico, che coinvolge la meiosi sporica o intermedia, è definito da un'alternanza tra stati organismici aploidi e diploidi. Questo fenomeno è anche riconosciuto come l'alternanza delle generazioni. Le cellule della linea germinale dell'organismo diploide subiscono la meiosi, con conseguente produzione di spore. Queste spore poi proliferano attraverso la mitosi, sviluppandosi in un organismo aploide. Successivamente, un gamete di questo organismo aploide si fonde con un gamete di un altro organismo aploide, formando uno zigote. Lo zigote subisce quindi successive divisioni mitotiche e differenziazione per generare un nuovo organismo diploide. Concettualmente, il ciclo di vita aplodiplonte può essere visto come un'integrazione delle caratteristiche del ciclo di vita sia diplonte che aplonte.

In piante e animali

La meiosi è un processo onnipresente in tutti i regni animali e vegetali. Mentre il risultato fondamentale – la generazione di gameti che possiedono la metà del numero cromosomico dei genitori – rimane coerente, i meccanismi specifici variano. Negli animali, la meiosi produce direttamente i gameti. Al contrario, le piante terrestri e alcune alghe mostrano un'alternanza di generazioni, in cui la meiosi all'interno della generazione di sporofiti diploidi produce spore aploidi anziché gameti. Dopo la germinazione, queste spore subiscono divisioni cellulari mitotiche iterative, culminando nello sviluppo di una generazione di gametofiti aploidi multicellulari. Questo gametofito produce quindi direttamente gameti, ovviando alla necessità di ulteriori eventi meiotici.

In entrambi i phyla animali e vegetali, lo stadio finale prevede la fusione dei gameti per formare uno zigote, ripristinando così il complemento cromosomico diploide specifico per specie.

Nei mammiferi

Nei mammiferi femmine, la meiosi avviene all'interno di cellule specializzate chiamate ovociti (singolare: ovocita). Ogni ovocita primario subisce due divisioni meiotiche, entrambe caratterizzate da citocinesi disuguale. La prima divisione meiotica produce una cellula figlia più grande e un corpo polare significativamente più piccolo, che può o meno procedere ad una seconda divisione. Durante la meiosi II, la divisione della cellula figlia più grande produce un secondo corpo polare e una singola cellula aploide, che successivamente matura in un ovulo. Di conseguenza, nelle femmine, la progressione meiotica di un singolo ovocita primario culmina nella formazione di un ovulo maturo e di due o tre corpi polari.

La meiosi nelle femmine è caratterizzata da punti di arresto distinti. Gli ovociti in via di sviluppo subiscono un arresto durante la profase I della meiosi I, rimanendo quiescenti all'interno di una struttura follicolare protettiva composta da cellule somatiche. Durante questa fase di arresto, il nucleo dell'ovocita viene chiamato vescicola germinale. L'inizio di ogni ciclo mestruale comporta la secrezione dell'ormone follicolo-stimolante (FSH) da parte dell'ipofisi anteriore, che promuove la maturazione di un sottoinsieme di follicoli attraverso un processo chiamato follicologenesi. Durante la follicologenesi, gli ovociti in maturazione rientrano nella meiosi, progredendo fino alla metafase II della meiosi II, a quel punto subiscono un secondo arresto immediatamente precedente l'ovulazione. Gli indicatori chiave della ripresa meiotica includono la disintegrazione della vescicola germinale, la condensazione cromosomica e la formazione del fuso bipolare della metafase I. La fecondazione riuscita da parte degli spermatozoi innesca la ripresa e il completamento della meiosi in questi ovociti. Nella follicologenesi umana, tipicamente un follicolo raggiunge la dominanza, mentre i restanti follicoli vanno incontro ad atresia. La meiosi femminile, che si verifica durante l'oogenesi, si discosta dai tipici processi meiotici incorporando un periodo prolungato di arresto meiotico, noto come stadio dittato, e operando senza il coinvolgimento dei centrosomi.

Nei maschi, la meiosi è parte integrante della spermatogenesi, e ha luogo all'interno dei tubuli seminiferi dei testicoli. Questo processo meiotico all'interno della spermatogenesi è limitato agli spermatociti, che successivamente si differenziano in spermatozoi. La meiosi delle cellule germinali primordiali inizia durante la pubertà, uno stadio di sviluppo significativamente successivo rispetto a quello delle femmine. I tessuti testicolari nei maschi inibiscono la meiosi attraverso la degradazione dell'acido retinoico, un composto che si ipotizza stimoli la meiosi. Questa inibizione viene aggirata durante la pubertà quando le cellule del Sertoli, situate all'interno dei tubuli seminiferi, iniziano la sintesi dell'acido retinoico endogeno. La reattività all'acido retinoico è inoltre modulata da proteine ​​come nanos e DAZL. Indagini genetiche che coinvolgono mutazioni con perdita di funzione negli enzimi che sintetizzano l'acido retinoico hanno dimostrato un fabbisogno postnatale di acido retinoico per stimolare la differenziazione degli spermatogoni, che successivamente porta gli spermatociti ad entrare nella meiosi diversi giorni dopo; tuttavia, l'acido retinoico non è essenziale per l'inizio della meiosi.

Nei mammiferi femmine, la meiosi inizia immediatamente dopo la migrazione delle cellule germinali primordiali nell'ovaio embrionale. Alcune ricerche indicano che l'acido retinoico proveniente dal mesonefro (rene primitivo) promuove la meiosi nell'oogonia ovarica embrionale, mentre i tessuti testicolari maschili embrionali inibiscono la meiosi degradando l'acido retinoico. Tuttavia, le analisi genetiche della perdita di funzione degli enzimi che producono acido retinoico hanno rivelato che l'acido retinoico non è indispensabile per l'inizio della meiosi femminile, che avviene durante l'embriogenesi, o della meiosi maschile, che inizia dopo la nascita.

Flagellati

Sebbene la maggior parte degli eucarioti presenti una meiosi bidivisionale, occasionalmente achiasmatica, una variante altamente rara nota come meiosi monodivisionale è stata osservata in alcuni flagellati (parabasalidi e ossimonadi) che popolano l'intestino dello scarafaggio si nutre di legno Cryptocercus.

Ruolo nella genetica umana e nelle malattie

Gli eventi di ricombinazione che si verificano nelle 23 coppie di cromosomi umani facilitano la ridistribuzione sia degli interi cromosomi che dei loro segmenti. Inoltre, le femmine mostrano un tasso di ricombinazione stimato 1,6 volte più elevato rispetto ai maschi. Inoltre, i tassi medi di ricombinazione femminile sono elevati ai centromeri, mentre i tassi di ricombinazione maschile sono più alti ai telomeri. Tipicamente, un milione di paia di basi (1 Mb) è correlato a un centimorgano (cM), che rappresenta una frequenza di ricombinazione dell'1%. La frequenza precisa degli eventi crossover rimane indeterminata. Le stime suggeriscono che nel lievito, nei topi e negli esseri umani, ciascuna cellula meiotica genera almeno 200 rotture del doppio filamento (DSB). Tuttavia, solo una frazione di questi DSB (circa il 5–30%, variando a seconda dell'organismo) alla fine porta a crossover, risultando in appena 1-2 crossover per cromosoma umano.

Negli esseri umani, i tassi di ricombinazione differiscono tra DNA materno e paterno:

• Il DNA materno viene sottoposto a ricombinazione in media circa 42 volte.
• Il DNA paterno subisce in media ricombinazione circa 27 volte.

Nondisgiunzione

Gli errori meiotici, in particolare la non disgiunzione, possono produrre gameti contenenti un numero aberrante di cromosomi, causando potenzialmente disturbi cromosomici.

La normale segregazione cromosomica durante la meiosi I o la separazione dei cromatidi fratelli nella meiosi II è designata come disgiunzione. Al contrario, la segregazione anormale è chiamata nondisgiunzione. Questa anomalia porta alla formazione di gameti che possiedono un numero aberrante di cromosomi, in eccesso o in carenza, costituendo un'eziologia frequente per condizioni come la trisomia o la monosomia. La non-disgiunzione può manifestarsi durante la meiosi I, la meiosi II o la divisione cellulare mitotica.

Mentre la maggior parte degli embrioni umani che presentano monosomia o trisomia non sono vitali, alcune aneuploidie sono compatibili con la vita, in particolare la trisomia del cromosoma 21, il più piccolo cromosoma umano. Lo spettro fenotipico di queste aneuploidie varia considerevolmente, comprendendo gravi disturbi dello sviluppo e presentazioni asintomatiche. Le condizioni mediche associate comprendono:

• Sindrome di Down: caratterizzata dalla trisomia del cromosoma 21.
• Sindrome di Patau: associata alla trisomia del cromosoma 13.
• Sindrome di Edwards: definita dalla trisomia del cromosoma 18.
• Sindrome di Klinefelter: comporta la presenza di cromosomi X soprannumerari nei maschi, esemplificati da cariotipi come XXY, XXXY o XXXXY.
• Sindrome di Turner: caratterizzata dall'assenza di un cromosoma X nelle femmine, tipicamente indicato come X0.
• Sindrome della tripla X: definita dalla presenza di un cromosoma X aggiuntivo nelle femmine.
• Sindrome di Jacobs: caratterizzata dalla presenza di un cromosoma Y aggiuntivo nei maschi.

L'incidenza della non disgiunzione negli ovociti umani mostra una correlazione positiva con l'avanzamento dell'età materna, che si ipotizza derivi dalla progressiva degradazione dei complessi di coesione.

Analisi comparativa con la mitosi

Per facilitare la comprensione della meiosi, è utile un'analisi comparativa con la mitosi. La tabella successiva delinea le distinzioni tra questi due processi di divisione cellulare.

Meccanismi di regolamentazione molecolare

Indagini sperimentali che utilizzano ovociti di Xenopus laevis suggeriscono un ruolo significativo per il fattore di promozione della maturazione (MPF) nella meiosi. È stato dimostrato che l'MPF derivato da ovociti di mammiferi induce la rottura delle vescicole germinali (GVB) sia negli ovociti delle stelle marine che in quelli di Xenopus laevis. L'attività dell'MPF è elevata prima del GVB ma successivamente diminuisce verso la conclusione della meiosi I. Le concentrazioni di CDK1 e ciclina B sono correlate con la competenza GVB dell'ovocita, indicando una probabile regolazione a livello traduzionale piuttosto che trascrizionale. Durante la meiosi II, l'attività MPF riemerge prima della metafase II e persiste a livelli elevati fino alla fecondazione.

Nei mammiferi, l'arresto meiotico viene avviato dal peptide natriuretico di tipo C (NPPC), secreto dalle cellule murali della granulosa, che, in combinazione con il recettore 2 del peptide natriuretico (NPR2) sulle cellule del cumulo, stimola la produzione di guanosina ciclica 3′,5′-monofosfato (cGMP). Successivamente, il cGMP permea gli ovociti, arrestando la meiosi attraverso l'inibizione della fosfodiesterasi 3A (PDE3A) e l'idrolisi dell'adenosina ciclica 3′,5′-monofosfato (cAMP). All'interno dell'ovocita, il recettore GPR3/12 accoppiato alla proteina G attiva l'adenilato ciclasi, portando alla generazione di cAMP. Il cAMP stimola quindi la proteina chinasi A (PKA), che fosforila e attiva la chinasi nucleare WEE2. La PKA contribuisce inoltre alla fosforilazione della fosfatasi CDK1 CDC25B, trattenendola all'interno del citoplasma; al contrario, il CDC25B non fosforilato trasloca nel nucleo. Anche la proteina chinasi C (PKC) potrebbe contribuire all'inibizione della progressione meiotica verso la metafase II. Collettivamente, l'attività del CDK1 viene soppressa, impedendo così la ripresa della meiosi. Gli ovociti migliorano ulteriormente l'espressione di NPR2 e dell'inosina monofosfato deidrogenasi nelle cellule del cumulo, aumentando di conseguenza la produzione di cGMP. Allo stesso modo, l'ormone follicolo-stimolante e l'estradiolo stimolano l'espressione sia di NPPC che di NPR2. Anche l'ipoxantina, una purina che si ritiene abbia origine all'interno del follicolo, dimostra effetti inibitori sulla meiosi degli ovociti in vitro. Un aumento dell’ormone luteinizzante (LH) innesca la maturazione degli ovociti, facilitando il rilascio degli ovociti dall’arresto meiotico e la loro progressione dalla profase I alla metafase II. Fattori simili al fattore di crescita epidermico indotti dall'LH, come l'anfiregulina e l'epiregulina, sintetizzati nelle cellule murali della granulosa, diminuiscono i livelli di cGMP dell'ovocita impedendo il trasporto di cGMP attraverso le giunzioni gap cellula-ovocita del cumulo e diminuendo i livelli di NPPC e l'attività di NPR2. In effetti, questi fattori simili al fattore di crescita epidermico indotti dall'LH possono portare alla completa destabilizzazione e rottura delle giunzioni comunicanti. Inoltre, i fattori simili al fattore di crescita epidermico indotti dall'LH possono stimolare la produzione di altri fattori di maturazione degli ovociti nelle cellule del cumulo, inclusi gli steroidi e lo sterolo attivante la meiosi derivato dal fluido follicolare (FF-MAS). FF-MAS facilita la progressione dalla metafase I alla metafase II e può contribuire alla stabilizzazione dell'arresto della metafase II. La ripresa della meiosi è ulteriormente supportata dall'esportazione nucleare di WEE2, conseguenza dell'attivazione di CDK1. Le fosfodiesterasi (PDE) metabolizzano il cAMP e possono essere attivate transitoriamente attraverso la fosforilazione mediata da PKA. Una regolazione prolungata delle fosfodiesterasi, tuttavia, può richiedere la modulazione dell'espressione proteica. Ad esempio, l’ipoxantina agisce come un inibitore della PDE, impedendo potenzialmente il metabolismo del cAMP. Varie chinasi, tra cui la proteina chinasi B, l'Aurora chinasi A e la polo-chinasi 1, sono implicate nella ripresa della meiosi. Esistono paralleli meccanicistici tra l'arresto e la ripresa della profase meiotica I e il checkpoint del danno al DNA mitotico G2, che coinvolge in particolare l'attivazione di APC-CDH1 basata su CDC14B per l'arresto e la ripresa basata su CDC25B. L'arresto meiotico richiede la fosforilazione inibitoria di CDK1 sui residui aminoacidici Thr-14 e Tyr-15 da parte di MYT1 e WEE1, insieme alla regolazione dei livelli di ciclina B mediata dal complesso di promozione dell'anafase (APC). La ciclina B, la cui sintesi culmina alla conclusione della meiosi I, regola CDK1. Durante l'anafase I, la ciclina B subisce la degradazione attraverso una via ubiquitina-dipendente. La sintesi della ciclina B e l'attivazione di CDK1 inducono gli ovociti ad entrare in metafase, mentre l'ingresso in anafase avviene in seguito alla degradazione della ciclina B mediata dall'ubiquitina, che riduce l'attività di CDK1. La proteolisi delle proteine ​​di adesione tra cromosomi omologhi è parte integrante dell'anafase I, mentre la proteolisi delle proteine ​​di adesione tra cromatidi fratelli caratterizza l'anafase II. L'arresto della meiosi II è mediato dal fattore citostatico (CSF), che comprende la proteina MOS, la proteina chinasi chinasi attivata dal mitogeno (MAPKK/MEK1) e MAPK. La proteina chinasi p90 (RSK) rappresenta un bersaglio cruciale di MAPK e può impedire l'ingresso nella fase S tra la meiosi I e II riattivando CDK1. Le prove suggeriscono che RSK facilita l'ingresso nella meiosi I inibendo MYT1, attivando così CDK1. L'arresto mediato dal liquido cerebrospinale può verificarsi tramite la regolazione dell'APC, che funziona come un componente del punto di controllo dell'assemblaggio del fuso.

Nel lievito in erba S. cerevisiae, Clb1 funziona come ciclina regolatrice meiotica primaria, sebbene anche Clb3 e Clb4 siano espressi durante la meiosi e attivino una chinasi associata a p34^cdc28 immediatamente precedente la prima divisione meiotica. Il fattore di trascrizione IME1 avvia l'ingresso nella fase S meiotica, con la sua regolazione influenzata dagli input nutrizionali. Il complesso a1/α2 reprime un repressore di IME1, dando così inizio alla meiosi. Numerosi geni regolatori della meiotica sono stati identificati in S. cerevisiae, inclusi diversi esempi chiave. IME1 facilita la sporulazione nei diploidi non a/α. IME2/SME1 promuove la sporulazione in presenza di azoto, supporta la ricombinazione nelle cellule a/α che esprimono RME1 (un inibitore meiotico) e codifica un omologo della proteina chinasi. Allo stesso modo, anche MCK1 (meiosi e chinasi regolatrice del centromero) supporta la ricombinazione nelle cellule a/α che esprimono RME1 e codifica un omologo della proteina chinasi. SME2 consente la sporulazione quando sono disponibili ammoniaca o glucosio. Inoltre, UME1-5 facilitano l'espressione di specifici geni meiotici precoci nelle cellule vegetative, non a/α.

Nel lievito di fissione S. pombe, la chinasi Cdc2 e la ciclina Cig2 avviano collettivamente la fase S premeiotica, mentre la ciclina Cdc13 e l'attivatore CDK Cdc25 sono essenziali per entrambe le divisioni meiotiche. Tuttavia, il sistema Pat1-Mei2 costituisce una componente centrale di S. pombe regolazione meiotica. Mei2 funge da regolatore meiotico primario, traslocando tra il nucleo e il citoplasma e collaborando con il meiRNA per promuovere la meiosi I. Inoltre, Mei2 è implicato nell'uscita mitotica e nell'induzione della fase S premeiotica. Mei2 può inattivare il sistema DSR-Mmi1 sequestrando Mmi1, stabilizzando così l'espressione delle trascrizioni specifiche della meiosi. Mei2 può anche indurre arresto della crescita e arresto della fase G1. Pat1, una proteina chinasi Ser/Thr, fosforila Mei2, una proteina legante l'RNA, ai residui Ser438 e Thr527. Questo evento di fosforilazione può ridurre l'emivita di Mei2 aumentando la sua suscettibilità alla degradazione da parte di un proteasoma che coinvolge E2 Ubc2 ed E3 Ubr1. Il fattore di trascrizione Mei4 ​​è indispensabile per l'attivazione trascrizionale di cdc25 durante la meiosi, e un mutante mei4 mostra l'arresto del ciclo cellulare. Mes1 inibisce l'attivatore APC/C Slp1, che consente all'attività MPF Cdc2-Cdc13 di guidare la seconda divisione meiotica.

Si ipotizza che il prodotto del gene CEP1 nel lievito, che si lega alla regione centromerica CDE1, contribuisca all'accoppiamento cromosomico durante la meiosi I.

La ricombinazione meiotica è facilitata dalle rotture del doppio filamento, che sono catalizzate dal Proteina Spo11. Anche Mre11, Sae2 ed Exo1 contribuiscono alla rottura del DNA e alla successiva ricombinazione. Dopo queste rotture si verifica tipicamente la ricombinazione omologa. Questa ricombinazione può procedere tramite un percorso a doppia giunzione Holliday (dHJ) o tramite ricottura del filamento dipendente dalla sintesi (SDSA). Quest'ultimo percorso produce esclusivamente prodotti non crossover.

Anche la divisione cellulare meiotica sembra essere soggetta al controllo del punto di controllo. In S. pombe, si ritiene che un meccanismo di checkpoint coinvolga le proteine Rad, S. pombe Mek1 (che possiede un dominio chinasi FHA), Cdc25, Cdc2 e un fattore non identificato.

Nell'oogenesi dei vertebrati, il fattore citostatico (CSF) gioca un ruolo cruciale nella transizione alla meiosi II.

Riferimenti

Riferimenti

Note a piè di pagina

Citazioni

Testi citati

• Freeman S (2005). Scienze biologiche (3a ed.). Upper Saddle River, NJ: Pearson Prentice Hall. ISBN 978-0-13-140941-5.
  • Animazione Flash Meiosis archiviata il 23 agosto 2010 in Internet Archive
  • Meiosi nelle pagine di biologia di Kimball
  • CCO L'ontologia del ciclo cellulare
  • Animazione delle fasi della meiosi
    • "Seminario di Abby Dernburg: Dinamiche cromosomiche durante la meiosi"