Onderzoekers hebben een nieuw inzicht in het proces cellen gebruik om ervoor te zorgen dat sperma en eieren beginnen leven met precies één exemplaar van elk chromosoom - een proces dat prachtig geregeld moet worden om te voorkomen dat problemen zoals miskramen en mentale retardatie.
Het nieuwe werk onthult hoe gluelike eiwitcomplexen release paren van chromosomen op precies het moment van meiose - de gespecialiseerde celdeling verwerken die produceert sperma en eieren - zodat ze correct scheiden.
De onderzoekers, onder leiding van Howard Hughes Medical Institute onderzoeker Angelika Amon, publiceerde hun bevindingen on line 3 mei 2006, in de dagboekAard. Amon en haar collega's zijn aan het Massachusetts Institute of Technology.
De meeste cellen in het menselijk lichaam - al degenen andere dan eieren en sperma - bevatten 23 paren van chromosomen. Deze cellen verdelen via mitose, een proces dat dochtercellen met de dezelfde aanvulling van chromosoom paren als de ouder creëert. Sperma en eicellen, aan de andere kant, moeten bevatten slechts de helft van de chromosomen van hun bovenliggende cellen, zodat het aantal normale chromosomen worden teruggezet wanneer de sperma- en eiceldonatie tijdens bevruchting verenigen. Om dit te bereiken, worden ze geproduceerd door meiose.
Gluelike eiwitcomplexen genaamd cohesins, die de leden van een chromosoom paar tot enkel het juiste ogenblik tijdens de celdeling bijeenhouden, staan centraal in beide processen. Samengebonden door cohesins, moeten chromosoom paren zich organiseren in voorbereiding voor celdeling voordat ze kunnen worden vrijgelaten.
Volgens Amon, kon een diepere basiskennis van het mechanisme van cohesin verlies tijdens de meiose uiteindelijk beter begrip van de oorsprong van miskramen en mentale retardatie dankzij mis-segregation van chromosomen.
"We moeten eerst begrijpen de regelgevende hoofdrolspelers en de moleculaire mechanismen die leiden chromosomen tot te scheiden tijdens de meiose op deze zeer ongebruikelijke manier," zei ze. "Zodra we een goed genoeg begrip, hebben dan kunnen we vragen, bijvoorbeeld wat er precies gebeurt met cohesins in oudere vrouwen, waardoor ze meer kans om geboorte te geven aan kinderen met een aantal abnormale chromosomen."
Volgens Amon, is kennis over het mechanisme van cohesin functie gebleven schetsmatig, hoewel het een centrale rol in de meiose speelt. Onderzoekers wisten dat een enzym genaamd separase knipsels uit elkaar cohesins, gericht op een specifieke subeenheid van de complexe cohesin genaamd Rec8. Ook, zei ze, onderzoekers hadden gevonden dat Rec8 splitsingsproducten werd bevorderd door--de toevoeging van chemische fosfaat groepen--fosforylatie van Rec8.
Onderzoekers wisten ook dat cohesins release chromosoom paren van elkaars omarming heel anders tijdens de meiose en mitose. In de mitose vrijgeven cohesins chromosomen over hun hele lengte gelijktijdig. Echter, in de eerste fase van meiose, cohesins first release alleen de "armen" van chromosomen, nog steeds houden de chromosomen samen op hun centraal verbindingspunt, de centromeer. Alleen in een tweede fase van meiose dat aanleiding tot haploïde sperma of eicellen geeft centromeric cohesins worden cleaved. Dit precies gecontroleerde centromeric "stickiness" is essentieel voor de nauwkeurige segregatie van zuster chromatiden in afzonderlijke cellen.
"De belangrijkste vraag die we wilde verkennen was hoe dit stapsgewijs verlies van cohesins in meiose was gereguleerd," zei Amon. "Het zou dat het enzym separase de belangrijke regelgevende speler was, of het zou kunnen zijn dat het was de fosforylatie van cohesins dat centrale was."