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Chromatides sœurs pendant la méiose


chromatides sœurs

$A)$ Cross over pendant la prophase I de la méiose

$B)$ se séparent lors de la première division mitotique

$C)$ sont produits pendant la phase $S$ entre les divisions cellulaires

$D)$ cross over pendant la prophase II de la méiose

$E)$ sont aussi appelés chromosomes homologues

Mes pensées:

  • $A$ est incorrect car il est non-soeur chromatides qui se croisent
  • $B$ est incorrect car ils se séparent pendant la seconde Division mitotique
  • Je ne sais pas pour le choix $C$
  • $D$ est incorrect car il n'y a pas de croisement pendant la méiose II
  • $E$ est incorrect parce que eh bien… ce n'est tout simplement pas vrai

Alors la réponse est-elle $C$ ?


Il est C. Pendant la phase S, l'ADN de chaque chromosome dupliqué et les deux chromatides sœurs formées sont attachés par des protéines de cohésine. Ces chromatides sœurs se séparent à l'Anaphase-II de la Méiose.

De wikipédia :

Une chromatide sœur fait référence à l'une des deux copies identiques (chromatides) formées par la réplication d'un seul chromosome, les deux copies étant réunies par un centromère commun. En d'autres termes, une chromatide sœur peut également être qualifiée de « moitié » du chromosome dupliqué. Un ensemble complet de les chromatides sœurs sont créées pendant la phase de synthèse (S) de l'interphase, lorsque tous les chromosomes d'une cellule sont répliqués.


Utilisation fréquente et efficace de la chromatide sœur pour la réparation des cassures double brin d'ADN pendant la méiose de la levure bourgeonnante

La recombinaison entre des chromosomes homologues d'origine parentale différente (homologues) est nécessaire pour leur ségrégation précise pendant la méiose. Il a été suggéré que la recombinaison méiotique inter-homologue est favorisée par une barrière à la recombinaison inter-soeur-chromatide, imposée par les composants spécifiques de la méiose de l'axe chromosomique. En cohérence avec cela, les mesures des intermédiaires de recombinaison contenant la jonction Holliday (molécules conjointes [JM]) montrent un fort biais vers l'inter-homologue et contre les JM inter-soeurs. Cependant, la recombinaison entre les chromatides sœurs a également un rôle important dans la méiose. Les génomes des organismes diploïdes dans les populations naturelles sont hautement polymorphes pour les insertions et les suppressions, et les cassures méiotiques double brin (DSB) qui se forment dans ces régions polymorphes doivent être réparées par recombinaison inter-soeurs. Les efforts pour étudier la recombinaison inter-soeurs pendant la méiose, en particulier pour déterminer les fréquences et les mécanismes de recombinaison, ont été limités par l'incapacité de surveiller les produits de la recombinaison inter-soeurs. Nous présentons ici des études au niveau moléculaire de la recombinaison inter-soeur au cours de la méiose de la levure en herbe. Nous avons examiné les événements initiés par les DSB dans les régions qui manquent de séquences correspondantes sur l'homologue, et montrons que ces DSB sont efficacement réparés par recombinaison inter-soeur. Cela se produit avec le même timing que la recombinaison inter-homologue, mais avec des rendements réduits (2 à 3 fois) de JM. La perte de la kinase associée à l'axe des chromosomes méiotiques Mek1 accélère la réparation des DSB inter-soeurs et augmente considérablement les fréquences JM inter-soeurs. De plus, les JM inter-sœurs formées en mek1Les mutants sont préférentiellement perdus, tandis que les JM inter-homologues sont conservés. Ces résultats indiquent que la recombinaison inter-sœur se produit fréquemment pendant la méiose de la levure en herbe, avec la possibilité que jusqu'à un tiers de tous les événements de recombinaison se produisent entre les chromatides sœurs. Nous suggérons qu'une réduction dépendante de Mek1 du taux de réparation inter-soeur, combinée à la déstabilisation des JM inter-soeurs, favorise la recombinaison inter-homologue tout en conservant la capacité de recombinaison inter-soeur lorsque la recombinaison inter-homologue n'est pas possible.


79 Méiose II

Chez certaines espèces, les cellules entrent dans une brève interphase, ou interkinésie, avant d'entrer dans la méiose II. L'interkinésie n'a pas de phase S, donc les chromosomes sont ne pas dupliqué. Les deux cellules produites dans la méiose I traversent les événements de la méiose II en même temps. Au cours de la méiose II, les chromatides sœurs des deux cellules filles se séparent, formant quatre nouveaux gamètes haploïdes, chacun avec une copie de chaque chromosome. La mécanique de la méiose II est similaire à celle de la mitose, sauf que chaque cellule en division n'a qu'un seul ensemble de chromosomes homologues. Par conséquent, chaque cellule a la moitié du nombre de chromatides sœurs à séparer en une cellule diploïde en mitose.

Au cours de la méiose II, chaque chromatide sœur est attachée aux microtubules à fibres fusiformes des pôles opposés. Les chromatides sœurs sont séparées par les microtubules des fibres fusiformes et se déplacent vers les pôles opposés (Figure 1).

Figure 1 Dans la prométaphase I, les microtubules se fixent aux kinétochores fusionnés des chromosomes homologues. Dans l'anaphase I, les chromosomes homologues sont séparés. Dans la prométaphase II, les microtubules s'attachent aux kinétochores individuels des chromatides sœurs. En anaphase II, les chromatides sœurs sont séparées.

Les chromosomes arrivent aux extrémités opposées des cellules et commencent à se décondenser (se dérouler). Des enveloppes nucléaires se forment autour des chromosomes. La cytokinèse sépare les deux cellules en quatre cellules haploïdes uniques. À ce stade, les noyaux nouvellement formés sont à la fois haploïdes et n'ont qu'une seule copie de l'unique jeu de chromosomes. Les cellules produites sont génétiquement uniques en raison de l'assortiment aléatoire d'homologues paternels et maternels et en raison de la recombinaison des segments maternels et paternels des chromosomes (avec leurs ensembles de gènes) qui se produit pendant le croisement.

L'ensemble du processus de la méiose est décrit dans la figure 2 (vous n'avez pas besoin de connaître les noms des phases ou ce qui se passe pendant chaque phase, seulement ce qui se passe globalement pendant la méiose I et II).

Figure 2 Une cellule animale avec un nombre diploïde de quatre (2n = 4) passe par les étapes de la méiose pour former quatre cellules filles haploïdes.


Chromatides soeurs pendant la méiose - Biologie

Unité trois. La continuité de la vie

9.3. Les étapes de la méiose

Maintenant, regardons de plus près le processus de la méiose. La méiose consiste en deux cycles de division cellulaire, appelés méiose I et méiose II, qui produisent quatre cellules haploïdes. Tout comme dans la mitose, les chromosomes se sont répliqués avant le début de la méiose, pendant une période appelée interphase. La première des deux divisions de la méiose, appelée méiose I (la méiose I est indiquée dans le cercle extérieur de l'illustration du processus biologique clé sur la page opposée), sert à séparer les deux versions de chaque chromosome (les chromosomes homologues ou homologues) le la deuxième division, la méiose II (le cercle intérieur), sert à séparer les deux répliques de chaque version, appelées chromatides sœurs. Ainsi, lorsque la méiose est terminée, ce qui a commencé comme une cellule diploïde se termine par quatre cellules haploïdes. Parce qu'il y avait une réplication de l'ADN mais deux divisions cellulaires, le processus réduit de moitié le nombre de chromosomes.

La méiose I est traditionnellement divisée en quatre étapes :

1. Prophase I. Les deux versions de chaque chromosome (les deux homologues) s'apparient et échangent des segments.

2. Métaphase I. Les chromosomes s'alignent sur un plan central.

3. Anaphase I. Un homologue avec ses deux chromatides sœurs encore attachées se déplace vers un pôle de la cellule, et l'autre homologue se déplace vers le pôle opposé.

4. Télophase I. Les chromosomes individuels se rassemblent à chacun des deux pôles.

Dans la prophase I, les chromosomes individuels deviennent d'abord visibles, vus au microscope optique, à mesure que leur ADN s'enroule de plus en plus étroitement. Parce que les chromosomes (ADN) se sont répliqués avant le début de la méiose, chacun des chromosomes filiformes se compose en fait de deux chromatides sœurs associées sur leur longueur (tenues ensemble par des protéines de la cohésine dans un processus appelé cohésion des chromatides sœurs) et jointes à leurs centromères, juste comme en mitose. Cependant, maintenant la méiose commence à différer de la mitose. Au cours de la prophase I, les deux chromosomes homologues s'alignent côte à côte, se touchant physiquement, comme le montre la figure 9.5. C'est à ce stade qu'un processus appelé croisement est initié, dans lequel l'ADN est échangé entre les deux chromatides non sœurs des chromosomes homologues. Les chromosomes se cassent en fait au même endroit sur les deux chromatides non sœurs et des sections de chromosomes sont échangées entre les chromosomes homologues, produisant un chromosome hybride qui est en partie le chromosome maternel (les sections vertes) et en partie le chromosome paternel (les sections violettes). Deux éléments maintiennent ensemble les chromosomes homologues : (1) la cohésion entre les chromatides sœurs et (2) les croisements entre les chromatides non sœurs (homologues). À la fin de la prophase, l'enveloppe nucléaire se disperse.

Lors du croisement, les deux homologues de chaque chromosome échangent des portions. Au cours du processus de croisement, les chromatides non sœurs côte à côte échangent des bras ou des segments chromosomiques.

Dans la métaphase I, l'appareil à fuseau se forme, mais comme les homologues sont maintenus rapprochés par des croisements, les fibres du fuseau ne peuvent se fixer qu'au kinétochore tourné vers l'extérieur de chaque centromère. Pour chaque paire d'homologues, l'orientation sur la plaque métaphasique est aléatoire, quel homologue est orienté vers quel pôle est une question de hasard. Comme pour mélanger un jeu de cartes, de nombreuses combinaisons sont possibles, en fait 2 élevées à une puissance égale au nombre de paires de chromosomes. Par exemple, dans une cellule hypothétique qui a trois paires de chromosomes, il y a huit orientations possibles (2 3). Chaque orientation donne des gamètes avec différentes combinaisons de chromosomes parentaux. Ce processus est appelé assortiment indépendant. Les chromosomes de la figure 9.6 s'alignent le long de la plaque métaphasique, mais que le chromosome maternel (les chromosomes verts) soit à droite ou à gauche de la plaque est complètement aléatoire.

Graphique 9.6. Assortiment indépendant.

Un assortiment indépendant se produit parce que l'orientation des chromosomes sur la plaque métaphasique est aléatoire. Voici quatre orientations possibles des chromosomes dans une cellule hypothétique. Chacune des nombreuses orientations possibles donne des gamètes avec différentes combinaisons de chromosomes parentaux.

Dans l'anaphase I, la fixation du fuseau est complète et les homologues sont séparés et se déplacent vers les pôles opposés. Les chromatides sœurs ne sont pas séparées à ce stade. Parce que l'orientation le long de l'équateur du fuseau est aléatoire, le chromosome qu'un pôle reçoit de chaque paire d'homologues est également aléatoire par rapport à toutes les paires de chromosomes. A la fin de l'anaphase I, chaque pôle a deux fois moins de chromosomes qu'il y en avait dans la cellule au début de la méiose. N'oubliez pas que les chromosomes se sont répliqués et contenaient donc deux chromatides sœurs avant le début de la méiose, mais les chromatides sœurs ne sont pas comptées comme des chromosomes séparés. Comme dans la mitose, comptez le nombre de centromères pour déterminer le nombre de chromosomes.

Dans la télophase I, les chromosomes se rassemblent à leurs pôles respectifs pour former deux amas de chromosomes. Après un intervalle de longueur variable, la méiose II se produit dans laquelle les chromatides sœurs sont séparées comme dans la mitose. La méiose peut être considérée comme deux cycles consécutifs, comme le montre l'illustration du processus biologique clé à la page précédente. Le cycle externe contient les phases de la méiose I et le cycle interne contient les phases de la méiose II, discutées ci-après.

Après une brève interphase, au cours de laquelle aucune synthèse d'ADN ne se produit, la deuxième division méiotique commence. La méiose II est simplement une division mitotique impliquant les produits de la méiose I, sauf que les chromatides sœurs ne sont pas génétiquement identiques, comme elles le sont en mitose, à cause du croisement. Vous pouvez le voir en regardant la figure 9.7, où certains des bras des chromatides sœurs contiennent deux couleurs différentes. A la fin de l'anaphase I, chaque pôle possède un complément haploïde de chromosomes, dont chacun est encore composé de deux chromatides sœurs attachées au centromère. Comme la méiose I, la méiose II est divisée en quatre étapes :

1. Prophase II. Aux deux pôles de la cellule, les amas de chromosomes entrent dans une brève prophase II, où un nouveau fuseau se forme.

2. Métaphase II. En métaphase II, les fibres fusiformes se lient aux deux côtés des centromères et les chromosomes s'alignent le long d'un plan central.

3. Anaphase II. Les fibres fusiformes se raccourcissent, divisant les centromères et déplaçant les chromatides sœurs vers les pôles opposés.

4. Télophase II. Enfin, l'enveloppe nucléaire se reforme autour des quatre ensembles de chromosomes filles.

Le principal résultat des quatre étapes de la méiose II - prophase II, métaphase II, anaphase II et télophase II - est de séparer les chromatides sœurs. Le résultat final de cette division est quatre cellules contenant des ensembles haploïdes de chromosomes. Il n'y en a pas deux qui se ressemblent en raison du croisement dans la prophase I. Les noyaux sont alors réorganisés et des enveloppes nucléaires se forment autour de chaque ensemble haploïde de chromosomes. Les cellules qui contiennent ces noyaux haploïdes peuvent se développer directement en gamètes, comme c'est le cas chez la plupart des animaux. Alternativement, ils peuvent eux-mêmes se diviser par mitose, comme ils le font chez les plantes, les champignons et de nombreux protistes, produisant finalement un plus grand nombre de gamètes ou, comme dans le cas de certaines plantes et insectes, des individus haploïdes adultes.

Le rôle important de la traversée

Si vous y réfléchissez, la clé de la méiose est que les chromatides sœurs de chaque chromosome ne sont pas séparées les unes des autres lors de la première division. Pourquoi pas? Qu'est-ce qui empêche les microtubules de s'y attacher et de les tirer vers les pôles opposés de la cellule, comme cela arrive finalement plus tard dans la deuxième division méiotique ? La réponse est le croisement qui s'est produit au début de la première division. En échangeant des segments, les deux homologues sont liés par des brins d'ADN. C'est parce que les microtubules ne peuvent accéder qu'à un seul côté de chaque homologue qu'ils ne peuvent pas séparer les deux chromatides sœurs ! Imaginez deux personnes dansant en étroite collaboration : vous pouvez attacher une corde à l'arrière de la ceinture de chaque personne, mais vous ne pouvez pas attacher une deuxième corde à leurs boucles de ceinture car les deux danseurs se font face et sont très proches. De la même manière, les microtubules ne peuvent pas s'attacher aux faces internes des homologues car le croisement maintient les chromosomes homologues ensemble comme des partenaires de danse.

Résultat d'apprentissage clé 9.3. Au cours de la méiose I, les chromosomes homologues se déplacent vers les pôles opposés de la cellule. À la fin de la méiose II, chacune des quatre cellules haploïdes contient une copie de chaque chromosome de l'ensemble, plutôt que deux. En raison du croisement, il n'y a pas deux cellules identiques.

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Variation génétique pendant la méiose

Pratique : Lequel des processus suivants se produit lorsque des chromosomes homologues se croisent au cours de la méiose I ?

a) Deux chromatides sœurs s'emmêlent, ce qui entraîne un reséquençage de son ADN.

b) Deux chromatides sœurs échangent des morceaux d'ADN identiques.

c) Les allèles maternels sont "corrigés" pour être comme les allèles paternels et vice versa.

d) Des segments correspondants de chromatides non sœurs provenant de chromosomes homologues sont échangés.

Pratique : La traversée implique chacun des éléments suivants SAUF :

a) Le transfert d'ADN entre deux chromatides non sœurs.

b) Le transfert d'ADN entre deux chromatides sœurs.

c) La formation d'un complexe synaptonémique.

d) L'alignement des chromosomes homologues.

e) Tous les éléments ci-dessus sont impliqués dans la traversée.

Concept #2 : Assortiment indépendant

Exemple #1 : Pour une espèce avec un nombre haploïde de 23 chromosomes, combien de combinaisons de chromosomes maternels et paternels sont possibles pour les gamètes en fonction de l'assortiment indépendant de chromosomes pendant la méiose ?

Pratique : Combien de gamètes génétiquement uniques peuvent être créés dans un organisme à 4 chromosomes ?

Pratique : Au cours de laquelle des étapes suivantes se produit un assortiment indépendant de chromosomes ?

c) Dans la mitose et la méiose I.

d) Dans la mitose et la méiose II.

e) Dans la méiose I et la méiose II.

Pratique : Un assortiment indépendant de chromosomes est le résultat de quel des processus suivants ?

a) La manière aléatoire dont chaque paire de chromosomes homologues s'aligne sur la plaque métaphasique.

b) Les combinaisons aléatoires d'ovules et de spermatozoïdes lors de la fécondation.

c) La distribution aléatoire des chromatides sœurs dans les deux cellules filles.

d) La combinaison diversifiée d'allèles pouvant être trouvée dans un chromosome donné.


Mitose

Patricia Wadsworth , Nasser M. Rusan , dans Encyclopédie de chimie biologique , 2004

Anaphase

Au cours de l'anaphase, les chromatides sœurs se séparent et se déplacent vers les pôles du fuseau (figures 2 et 3). L'anaphase se compose de deux phases, l'anaphase A et B. Au cours de l'anaphase A, les chromosomes se déplacent vers les pôles et les microtubules des fibres du kinétochore se raccourcissent pendant l'anaphase B, les pôles du fuseau s'écartent à mesure que les microtubules interpolaires s'allongent et glissent les uns sur les autres. De nombreuses cellules subissent à la fois des mouvements d'anaphase A et B, mais dans certains cas, l'un ou l'autre mouvement domine.

La séparation des chromatides sœurs appariées est nécessaire pour le mouvement vers les pôles en anaphase. La séparation des chromatides résulte de la dégradation protéolytique des composants qui relient les chromatides au centromère. La dégradation est déclenchée par l'activité du complexe promoteur de l'anaphase, qui régule la progression du cycle cellulaire. La séparation des chromatides n'est pas le résultat d'un tiraillement par les microtubules et les protéines motrices, et peut être observée même en l'absence de microtubules.

Bien que le mouvement des chromosomes vers les pôles du fuseau en anaphase ait fasciné les biologistes depuis de nombreuses années, la base moléculaire de ce mouvement reste controversée et incomplètement comprise. Au cours de l'anaphase A, les microtubules du kinétochore doivent se raccourcir à mesure que les chromosomes se déplacent vers les pôles. Les mesures du flux du fuseau montrent que la perte de sous-unités des microtubules se produit aux pôles du fuseau pendant l'anaphase. Dans de nombreuses cellules, cependant, le taux de déplacement des chromosomes dépasse le taux de perte de sous-unités au pôle, et donc la perte de sous-unités doit également se produire au niveau du kinétochore.

Des études pionnières de la mitose dans des cellules embryonnaires vivantes ont démontré que l'assemblage et le désassemblage de polymères de microtubules entraînent un mouvement des chromosomes. Ce travail a conduit à l'hypothèse que le désassemblage des microtubules entraîne le mouvement des chromosomes. Des travaux ultérieurs ont identifié des moteurs moléculaires au niveau du kinétochore, conduisant à l'hypothèse alternative que les forces générées par les moteurs moléculaires entraînent le mouvement des chromosomes. Une possibilité est que les moteurs moléculaires alimentent le mouvement des chromosomes, mais le taux de mouvement des chromosomes est limité par le désassemblage des microtubules du kinétochore. Alternativement, le désassemblage peut être responsable du mouvement des chromosomes, et les moteurs peuvent attacher les chromosomes à la fibre de raccourcissement. La présence de mécanismes potentiellement redondants pour le mouvement des chromosomes peut refléter le fait que la fidélité mitotique est de la plus haute importance.


INTRODUCTION

Une ségrégation correcte des chromosomes pendant la division cellulaire mitotique nécessite au moins deux complexes protéiques associés aux chromosomes. Au centromère, des kinétochores fonctionnels doivent être formés sur des chromatides sœurs individuelles pour faciliter la fixation des chromatides aux pôles opposés du fuseau. De plus, la cohésion doit être établie entre les centromères et le long des bras des chromatides sœurs et maintenue jusqu'à l'anaphase pour éviter leur séparation précoce.

En comparaison avec la division cellulaire mitotique, le comportement de ségrégation des chromosomes lors de la division cellulaire méiotique est complexe, nécessitant une modification à la fois des complexes de kinétochore et de cohésion. Notre compréhension de ces modifications méiotiques reste rudimentaire. La première division méiotique (MI) implique la ségrégation des homologues plutôt que des chromatides sœurs (Fig. 1A). Ainsi, une ségrégation chromosomique réussie à MI nécessite des mécanismes de cohésion spécialisés qui fournissent des connexions physiques entre les homologues (plutôt que les chromatides sœurs) et imposent une contrainte sur les centromères des chromatides sœurs afin que leurs kinétochores forment des pièces jointes aux mêmes pôles plutôt que des pôles opposés. La deuxième division méiotique (MII) est similaire à une division cellulaire mitotique, impliquant la ségrégation des chromatides sœurs. Cependant, parce que MI et MII se produisent sans phase S intermédiaire, la ségrégation réussie des chromosomes au MII nécessite un mécanisme par lequel la cohésion est libérée le long des bras chromosomiques à l'anaphase I mais maintenue entre les centromères frères jusqu'à l'anaphase II.

Il est communément admis que les exigences de cohésion méiotique spécialisée dépendent des événements uniques de la prophase méiotique, par ex. synapse et recombinaison. Le rôle de la recombinaison dans la disjonction des chromosomes homologues à MI est bien établi (par exemple Carpenter, 1994 revu dans Hassold et al., 2000 Hawley, 1988 Koehler et al., 1996 Lamb et al., 1996). Le rôle de la synapsis reste moins bien caractérisé, mais les preuves inférentielles sont convaincantes : les défauts de la synapsis homologue et l'absence d'un partenaire homologue sont associés à une fréquence accrue de séparation prématurée des chromatides sœurs à MI dans une variété d'espèces (examiné dans Moore et Orr-Weaver, 1998 Wolf, 1993). De plus, des études sur le maïs, la levure et les mammifères fournissent des preuves de l'implication des composants du complexe synaptonémal (SC), la structure protéique impliquée dans la synapsis homologue, dans la ségrégation MI. Dans le maïs, l'analyse d'une variété de mutants et de réarrangements structurels fournit des preuves convaincantes d'une relation entre le SC et la cohésion des chromatides sœurs et suggère une corrélation directe entre l'échec synaptique dans la région centromérique et la ségrégation précoce des chromatides sœurs (PSCS) (examiné dans Maguire , 1995). Chez la levure, des mutations dans le composant spécifique de la méiose du complexe de cohésion, Rec8, montrent une augmentation de PSCS à MI (Watanabe et Nurse, 1999). Enfin, chez les mammifères, deux données impliquent l'implication des protéines SC dans la cohésion des chromatides sœurs méiotiques. Premièrement, des restes de l'élément latéral persistent au centromère jusqu'à l'anaphase II, comme l'ont révélé des études d'immunolocalisation utilisant des anticorps contre deux composants protéiques, SCP3 et SCP2 (Dobson et al., 1994 Offenberg et al., 1998). Deuxièmement, les études des composants de la cohésine récemment identifiés, SMC1 et SMC3, fournissent des preuves d'interactions avec SCP3 et SCP2 (Eijpe et al., 2000). Ainsi, il existe des preuves indirectes considérables de l'implication des protéines SC dans le comportement unique des kinétochores sœurs à MI, dans le maintien des connexions entre homologues et dans le maintien de la cohésion entre les centromères sœurs jusqu'à l'anaphase II. Cependant, les détails mécaniques restent flous.

Ces processus ne présentent pas seulement un intérêt académique pour les étudiants en division cellulaire méiotique, mais ont plutôt un impact dramatique sur la vie humaine : les divisions méiotiques chez la femme humaine sont extrêmement sujettes aux erreurs. Les estimations de la fréquence d'erreur vont de un sur vingt à un sur trois ovocytes humains, selon l'âge de la femme (examiné dans Hassold et al., 1996). Malgré des recherches intensives, la raison du taux d'erreur élevé dans notre espèce reste inconnue. Il est clair, cependant, que la majorité des erreurs se produisent au cours de la première division méiotique, que la propension aux erreurs de ségrégation est spécifique au chromosome et que la fidélité de la ségrégation chromosomique est influencée par le nombre et le placement des événements de recombinaison le long des bras chromosomiques. (examiné dans Hassold et al., 2000). Il a été postulé que le PSCS est un mécanisme majeur responsable de l'augmentation liée à l'âge des erreurs de ségrégation dans notre espèce (Angell, 1997 Angell et al., 1994 Wolstenholme et Angell, 2000), et la petite quantité de données disponibles à partir d'études directes des ovocytes humains sont en accord avec cette suggestion (Angell, 1997 Angell et al., 1994 Mahmood et al., 2000 Volarcik et al., 1998).

Les études de la non-disjonction humaine ont été limitées à la fois par la difficulté d'obtenir des ovocytes humains et le manque d'un modèle animal approprié pour les études expérimentales visant à comprendre l'effet de l'âge dans notre espèce. Cependant, le degré élevé de conservation parmi les espèces dans les protéines qui interviennent dans certains des comportements chromosomiques méiotiques spécialisés suggère que la souris peut fournir des informations mécanistiques précieuses à l'aneuploïdie humaine. En conséquence, nous avons utilisé la souris XO femelle pour étudier les facteurs qui influencent le PSCS au MI. Comme dans d'autres organismes (examinés dans Wolf, 1993), les chromatides sœurs du X univalent se séparent à l'anaphase de l'IM dans une proportion de cellules (Hunt et al., 1995) cependant, la fréquence du PSCS par rapport à la ségrégation « intacte » (c. dans laquelle les chromatides sœurs de l'univalent restent attachées) est influencée par le fond génétique (LeMaire-Adkins et Hunt, 2000). Cette différence de ségrégation MI sur deux origines consanguines fournit une approche génétique pour comprendre les facteurs qui influencent le comportement des kinétochores sœurs lors de la première division méiotique. Nous rapportons ici les résultats d'études méiotiques détaillées qui excluent les différences spécifiques au chromosome X et suggèrent que la ségrégation est influencée par l'action d'un ou de plusieurs gènes autosomiques. Nous avons émis l'hypothèse que ce ou ces facteurs agissant en trans influenceraient le comportement synaptique du chromosome X et que l'échec de l'auto-synapsis impliquant le centromère du chromosome entraînerait la séparation prématurée des chromatides X à MI. Nos observations ne correspondaient pas à cette attente, mais nos études fournissent un nouvel aperçu de la complexité du processus synaptique et suggèrent que les inférences sur les événements méiotiques ultérieurs basées sur l'analyse du pachytène peuvent être trompeuses. Plus important encore, cependant, nos efforts pour corréler le comportement de ségrégation avec la rétention de protéines complexes synaptonémiques ont révélé une différence surprenante dans les protéines associées aux centromères entre l'oogenèse et la spermatogenèse. Les différences dans les composants protéiques du complexe de cohésion chromosomique méiotique peuvent influencer la fidélité de la ségrégation chromosomique méiotique, ce dimorphisme sexuel intrigant peut donc fournir une explication partielle du taux d'erreur chromosomique élevé au cours de la méiose féminine humaine.


La méiose est un processus qui commence avec un nombre donné de chromosomes dans le noyau d'une cellule et se termine par des cellules de gamètes qui contiennent chacune la moitié du nombre de chromosomes qui se trouvaient dans la cellule d'origine. La plupart des cellules humaines, par exemple, ont 46 chromosomes, alors que les spermatozoïdes et les ovules n'en ont que 23. Aux premiers stades de la méiose, le processus de réplication copie l'ADN pour produire des chromosomes avec deux chromatides sœurs (voir Figure 1). L'étape suivante consiste pour les chromosomes avec des séquences similaires, appelées homologues, à former des paires et à échanger de l'ADN dans un processus appelé recombinaison. Les chromosomes subissent ensuite deux cycles de ségrégation pour terminer le processus. S'assurer que toutes ces étapes se déroulent dans le bon ordre est clairement vital pour une méiose réussie. Maintenant, dans eLife, Matthew Miller, Elçin Ünal et Angelika Amon du MIT, en collaboration avec Gloria Brar de l'UCSF, révèlent les mécanismes utilisés par les cellules pour garantir que la méiose se déroule comme prévu par la nature (Miller et al., 2012).

Les différentes étapes de la méiose. Dans cette illustration, la cellule a deux chromosomes (illustrés ici en jaune et bleu dans la cellule la plus à gauche) avant le début de la méiose. Ces chromosomes sont répliqués pour produire des chromatides sœurs qui sont maintenues ensemble par des cohésines (cercles gris autour des chromatides sœurs). Au cours de la prochaine étape de la méiose, appelée Prophase I, les chromosomes avec des séquences similaires forment des paires et subissent une recombinaison, créant des liens physiques qui maintiennent les homologues ensemble. Ensuite, au cours de la métaphase I, les kinétochores sœurs (cercles noirs) sont maintenus ensemble par un complexe protéique appelé monopoline, et les microtubules du fuseau (violet) attachent les chromosomes homologues aux pôles du fuseau (également violet) aux extrémités opposées de la cellule. Les chromosomes homologues se séparent ensuite au cours de l'anaphase I. Au cours de la métaphase II, les chromatides sœurs s'attachent aux pôles opposés du fuseau et se séparent en anaphase II, créant des produits méiotiques avec la moitié du jeu de chromosomes.

Au cours du premier cycle de ségrégation, appelé méiose I, les microtubules fusiformes se fixent aux chromosomes à l'aide de grands complexes protéiques appelés kinétochores qui se trouvent sur chaque chromatide (voir Figure 1). En plus de fixer les microtubules aux chromosomes, les kinétochores corrigent également les fixations incorrectes et déplacent les chromosomes le long des microtubules. Dans la méiose I, les chromosomes appariés se séparent aux extrémités opposées (ou pôles) du fuseau. Dans la méiose II, essentiellement la même distribution d'acteurs (c'est-à-dire les microtubules fusiformes et les kinétochores), séparent les chromatides sœurs pour produire un total de quatre cellules. L'équipe MIT-UCSF a utilisé la levure bourgeonnante comme modèle pour étudier plus en détail ces processus et interactions.

Trois mécanismes aident à assurer la bonne fixation des chromosomes aux microtubules du fuseau dans la méiose I. Premièrement, pendant la prophase, qui est la première étape de la méiose I, des paires de chromosomes homologues subissent une recombinaison. Ce processus crée des liens physiques qui maintiennent les homologues ensemble et assure leur attachement aux pôles opposés du fuseau (Brar et Amon, 2008). Deuxièmement, les kinétochores sœurs n'offrent qu'un seul site auquel les microtubules peuvent se lier : dans la levure en herbe, par exemple, un complexe protéique appelé monopoline serre les kinétochores sœurs ensemble juste avant le début de la fixation des microtubules. Troisièmement, des anneaux protéiques constitués de cohésines entoureraient les deux chromatides sœurs : cela crée une cohésion entre les chromatides et les empêche de se séparer prématurément pendant la méiose I. Lorsque les deux chromosomes homologues sont attachés aux pôles opposés du fuseau pendant la métaphase I (un stade après la prophase), les forces du fuseau sont contrées par les liaisons physiques et la cohésion entre les chromatides sœurs. Ensemble, ces trois mécanismes assurent que les chromosomes homologues sont séparés dans la méiose I, tandis que les chromatides sœurs restent ensemble.

Les travaux de Miller et Ünal, qui sont les premiers auteurs conjoints de l'article, et de leurs collègues révèlent un autre niveau de régulation de la méiose I qui implique des protéines appelées cyclines de phase M. Lorsque l'enzyme kinase dépendante de la cycline (Cdk) est liée à une cycline, elle entraîne les événements du cycle cellulaire en phosphorylant les substrats (Enserink et Kolodner, 2010). Deux des cyclines qui ont un rôle dans le pilotage des cellules par la méiose, Clb1 et Clb3, sont transcrites en fin de prophase (Dahmann et Futcher, 1995 Chu et al., 1998 Carlile et Amon, 2008). Cependant, si l'une ou l'autre de ces cyclines est exprimée prématurément, les microtubules du fuseau sont assemblés trop tôt et, par conséquent, les chromatides sœurs sont ségréguées plutôt que les chromosomes dans une fraction significative (∼ 40 %) des cellules (voir Figure 2). Ceci est surprenant car Cdk-Clb1 est normalement présent (et actif) pendant la méiose I.

Un bon timing des interactions entre les microtubules du fuseau et les kinétochores est essentiel pour que la méiose se déroule correctement. Au cours de la métaphase I dans la méiose normale (en haut), les chromosomes homologues s'attachent aux pôles opposés du fuseau par les microtubules du fuseau, puis sont séparés en anaphase I (comme le montre la figure 1). Cependant, si les microtubules s'attachent prématurément aux kinétochores (en bas), les chromatides sœurs seront ségréguées dans la méiose I, ce qui peut finalement conduire à une fausse couche ou à des malformations congénitales chez les bébés.

Previously Amon and co-workers have shown that the presence of the monopolin complex during mitosis (as opposed to meiosis) can clamp sister kinetochores together and lead to a meiosis I chromosome segregation pattern (Monje-Casas et al., 2007). Miller et al. now propose that for the monopolin complex to clamp sister kinetochores together, it must associate with them before they attach to microtubules. In the cells in which Clb1 or Clb3 are prematurely expressed, microtubules attach to both sister kinetochores before monopolin is active, and this leads to the segregation of sister chromatids. However, if attachment begins after monopolin becomes active, it is the chromosomes that are segregated.

To test this model, the MIT-UCSF team arrested cells undergoing mitosis after the microtubules had attached to the sister kinetochores and then induced monopolin: the sister kinetochores remained attached to the microtubules and segregated to opposite spindle poles when the cell was released from the arrest. However, if the drug nocodazole was used to depolymerize the microtubules during the arrest period, monopolin was able to clamp sister kinetochores together and almost half (48%) of sister chromatids moved to the same spindle pole. Furthermore, if the microtubules in cells that prematurely expressed Clb3 were depolymerized, the meiosis I chromosome segregation pattern was rescued. These experiments suggest that the timing of the attachment of chromosomes to microtubules is carefully regulated in meiosis to prevent premature kinetochore–microtubule interactions. And other experiments suggest that cells prevent premature interactions of kinetochores and microtubules by dismantling the outer regions of the kinetochore. Taken together all these results suggest that Miller et al have uncovered two additional mechanisms that cells use to ensure the segregation of chromosomes in meiosis I: restricting the activity of cyclin-dependent kinase bound to M phase cyclins in prophase, and also restricting the assembly of the kinetochore in prophase.

Miller, Ünal and co-workers have demonstrated that premature kinetochore–microtubule interactions lead to a mitotic pattern of chromosome segregation in meiosis I. Since this can lead to gametes with missing or extra chromosomes, which can cause miscarriage and birth defects in babies, it is crucial that we continue to improve our understanding of meiosis (Nagaoka et al., 2012). By revealing a number of hitherto unknown mechanisms used by cells to regulate the meiotic cell cycle, this work represents an important step in this quest.


What Are Sister Chromatids?

As mentioned above, sister chromatids are identical copies of a chromosome that has been unfurled and replicated, then bound to its partner with a centromere. During the interphase portion of the cell cycle&mdashthe time between replications&mdashall of the chromosomes are duplicated in preparation for cell division. When these sister chromatids eventually separate, it is to ensure that both daughter cells end up with the correct number of chromosomes. That being said, while sister chromatids are present in both mitosis and meiosis, their behavior during these two cellular activities.

Sister Chromatids in Meiosis

Since sex cell replication (meiosis) is slightly different than your average cell division, the replication process is slightly different, as is the movement of sister chromatids. There are homologous chromosomes of duplicated sister chromatids in the first step of meiosis, and these homologous chromosomes separate and move to their individual daughter cells during anaphase 1, then separate during telophase I. However, in anaphase II, the sister chromatids are pulled apart by the spindle towards opposite centrosomes. Thus, the result of meiosis is four daughter cells with half the number of chromosomes (23), which is the desired amount for a sex cell.

Stage of Meiosis (Photo Credit : Ali Zifan / Wikimedia Commons)

Interestingly enough, the sister chromatids are also involved in one of the more important stages of meiosis&mdashgenetic recombination. It is during this crossing over and swapping of DNA chunks between homologous chromosomes and sister chromatids that so much of the variety and diversity of our genetic expression comes from.

Sister Chromatids in Mitosis

In mitosis&mdashthe cellular replication and division of a somatic cell&mdashthe chromosomes replicate into sister chromatids before prophase begins, at which point they migrate to the center of the cell. During anaphase, the spindles pull the sister chromatids apart and tug them towards opposing centrosomes. During telophase, the original cell divides into two daughter cells, each of which has a full set of 46 chromosomes, which are known as daughter chromosomes.


Mammalian STAG3 is a cohesin specific to sister chromatid arms in meiosis I

Cohesins, which have been characterized in budding yeast 1,2 and Xénope 3 , are multisubunit protein complexes involved in sister chromatid cohesion. Regulation of the interactions among different cohesin subunits and the assembly/disassembly of the cohesin complex to chromatin are key steps in chromosome segregation. We previously characterized the mammalian STAG3 protein as a component of the synaptonemal complex that is specifically expressed in germinal cells 4 , although its function in meiosis remains unknown. Here we show that STAG3 has a role in sister chromatid arm cohesion during mammalian meiosis I. Immunofluorescence results in prophase I cells suggest that STAG3 is a component of the axial/lateral element of the synaptonemal complex. In metaphase I, STAG3 is located at the interchromatid domain and is absent from the chiasma region. In late anaphase I and the later stages of meiosis, STAG3 is not detected. STAG3 interacts with the structural maintenance chromosome proteins SMC1 and SMC3, which have been reported to be subunits of the mitotic cohesin complex 2,3 . We propose that STAG3 is a sister chromatid arm cohesin that is specific to mammalian meiosis I.


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