Синапсис или синдезис – это продольное спаривание гомологичных хромосом. Синапсис в основном происходит во время профазы I мейоза I. Белковый комплекс, называемый синаптонемным комплексом, связывает гомологи. Хроматиды переплетаются, разделяясь на части и обмениваясь друг с другом частями в процессе, называемом кроссинговером. Место пересечения образует X-образную форму, называемую хиазмой. Синапсис организует гомологи таким образом, чтобы их можно было разделить в мейозе I. Кроссинговер во время синапсиса – это форма генетической рекомбинации, которая в конечном итоге производит гаметы, которые имеют информацию от обоих родителей.
Ключевые выводы: что такое синапсис?
- Синапсис – это спаривание гомологичных хромосом до их разделения на дочерние клетки. Это также известно как синдезис.
- Синапсис происходит во время профазы I мейоза I. Помимо стабилизации гомологичных хромосом, так что они разделяются правильно, синапс облегчает обмен генетическим материалом между хромосомами.
- Кроссинговер происходит во время синапсиса. Х-образная структура, называемая хиазмой, образуется в месте перекрытия плеч хромосом. ДНК разрывается в хиазме, и генетический материал одного гомолога обменивается с материалом другой хромосомы.
Synapsis in Detail
Когда начинается мейоз, каждая клетка содержит две копии каждой хромосомы – по одной от каждого родителя. В профазе I две разные версии каждой хромосомы (гомологи) находят друг друга и соединяются, так что они могут выстраиваться параллельно друг другу на метафазной пластинке и в конечном итоге разделяться с образованием двух дочерних клеток. Образуется лентообразный белковый каркас, называемый синаптонемным комплексом. Синаптонемный комплекс выглядит как центральная линия, окруженная двумя боковыми линиями, которые прикреплены к гомологичным хромосомам. Комплекс удерживает синапсис в фиксированном состоянии и обеспечивает основу для образования хиазмы и обмена генетическим материалом при кроссинговере. Гомологичные хромосомы и синаптонемный комплекс образуют структуру, называемую бивалентной. По завершении кроссинговера гомологичные хромосомы разделяются на хромосомы с рекомбинантными хроматидами.
Функции синапсиса
Основные функции синапсиса у людей заключаются в организации гомологичных хромосом, чтобы они могли правильно делить и обеспечивать генетическую изменчивость потомства. У некоторых организмов кроссинговер во время синапсиса, по-видимому, стабилизирует биваленты. Однако у плодовых мушек ( Drosophila melanogaster ) и некоторых нематод ( Caenorhabditis elegans ) синапс не сопровождается мейотической рекомбинацией.
Хромосомное молчание
Иногда во время синапсиса возникают проблемы. У млекопитающих механизм, называемый подавлением хромосом, удаляет дефектные мейотические клетки и «заставляет замолчать» их гены.. Хромосомное молчание инициируется в местах двухцепочечных разрывов спирали ДНК.
Общие вопросы о синапсисе
Учебники обычно упрощают описания и иллюстрации синапсов, чтобы помочь студентам понять основные концепции. Однако это иногда приводит к путанице.
Самый частый вопрос, который задают студенты, – возникает ли синапсис только в отдельных точках на гомологичных хромосомах. Фактически, хроматиды могут образовывать множество хиазм, включая оба набора гомологичных плеч. Под электронным микроскопом пара хромосом кажется запутанной и пересекающейся во многих точках. Даже сестринские хроматиды могут испытывать кроссинговер, хотя это не приводит к генетической рекомбинации, потому что эти хроматиды имеют идентичные гены. Иногда синапс происходит между негомологичными хромосомами. Когда это происходит, сегмент хромосомы отделяется от одной хромосомы и прикрепляется к другой хромосоме. Это приводит к мутации, называемой транслокацией.
Другой вопрос, возникает ли когда-либо синапс во время профазы II мейоза II или может ли он происходить во время профазы митоза. В то время как мейоз I, мейоз II и митоз все включают профазу, синапсис ограничен профазой I мейоза, потому что это единственное время, когда гомологичные хромосомы соединяются друг с другом. Есть некоторые редкие исключения, когда кроссинговер происходит в митозе. Это может произойти как случайное спаривание хромосом в бесполых диплоидных клетках или как важный источник генетической изменчивости у некоторых типов грибов. У людей митотический кроссинговер может привести к мутации или экспрессии гена рака, которые в противном случае были бы подавлены.
Источники
- Дернбург, АФ; Макдональд, К .; Moulder, G .; и другие. (1998). «Мейотическая рекомбинация в C. elegans инициируется консервативным механизмом и не обязательна для гомологичных синапсов хромосом». Ячейка . 94 (3): 387–98. doi: 10.1016/s0092-8674 (00) 81481-6
- Ellnati, E .; Russell, H.R .; Ojarikre, O.A .; и другие. (2017). «Белок ответа на повреждение ДНК TOPBP1 регулирует молчание Х-хромосомы в зародышевой линии млекопитающих». Proc. Natl. Акад. Sci. США . 114 (47): 12536–12541. DOI: 10.1073/pnas.1712530114
- Макки, Б., (2004). «Гомологичное спаривание и динамика хромосом в мейозе и митозе». Biochim Biophys Acta . 1677 (1–3): 165–80. doi: 10.1016/j.bbaexp.2003.11.017.
- Page, J .; де ла Фуэнте, Р. ,; Gómez, R .; и другие. (2006). «Половые хромосомы, синапсы и когезины: сложное дело». Хромосома . 115 (3): 250–9. doi: 10.1007/s00412-006-0059-3
- Ревенкова, Е .; Джессбергер, Р. (2006). «Формирование профазных мейотических хромосом: когезины и белки синаптонемного комплекса». Хромосома . 115 (3): 235–40. DOI: 10. 1007/s00412-006-0060-x