הקומפלקס הסינפטונמי

הקומפלקס הסינפטונמי הוא קומפלקס חלבוני שנוצר בשלב הפרופאזה במהלך המיוזה הראשונה, והוא חיוני לצימוד, ולאחר מכן להפרדה תקינה של הכרומוזומים ההומולוגיים בתאי המין של מרבית האאוקריוטים. בשלב הפרופאזה של מיוזה I, הקומפלקס מחבר את הכרומוזומים ההומולוגיים זה לזה לכל אורכם, תוך יצירת צומתי חיבור (סינפסיס). הקישור בין כרומוזומים הומולוגיים, הוא שמאפשר שחלוף של דנ"א ביניהם, תוך כדי תיקון של שברים דו-גדיליים.

על אף שהקומפלקס חיוני לקישור הפיזי שבין הכרומוזומים ההומולוגיים, הוא אינו משתתף בתהליך הצימוד הראשוני ביניהם. הקומפלקס נוצר רק לאחר סידור הכרומוזומים זה מול זה במיוזה. כמו כן, היווצרותו אינה תלויה בהומולוגיה מלאה בין כרומוזומים, והוא ייווצר גם במצב של הטרו-סינפסיס בין כרומוזומים שאינם הומולוגיים לכל אורכם, למשל בין כרומוזומי מין בזכרים ביונקים (כרומוזומי X ו-Y).

 מבנה הקומפלקס 
הקומפלקס הסינפטונמי בנוי משלושה מרכיבים: שני אלמנטים צדדיים מקבילים דמויי פסי רכבת, ואזור מרכזי ברוחב של כ-100 ננומטר. האלמנטים הצדדיים נגזרים מאלמנטים ציריים חלבוניים (axial elements) המשמשים כפיגומים עבור הכרומוזומים, והם מעגנים אליהם את לולאות הכרומטין המסודרות באופן ליניארי זו אחר זו. נהוג להתייחס לרכיבים הציריים בתוך הקומפלקס הסינפטונמי (לאחר תהליך הסינפסיס) כאלמנטים צדדיים. מרבית הגנים המקודדים לחלבונים הדרושים ליצירת הקומפלקס מתבטאים רק בזמן תהליך המיוזה. דבר זה נכון גם לגבי האלמנטים החלבוניים הציריים, המרכיבים את ה"פיגומים". היווצרות ופירוק הקומפלקס תלויים בשינויים במבנה הכרומטין המתרחשים בשלב הפרופאזה הראשונה.

ביצורים שונים, הרכיבים הצדדיים מורכבים ממגוון חלבונים, אך במרבית המקרים מופיע חלבון בעל . חלבוני ה־HORMA נקשרים לפפטידים קצרים על גבי הקצה הקרבוקסילי של חלבונים, הנקראים מוטיבי סגירה (closure motifs). כמו כן, בדרך כלל קיימים באלמנטים הצדדיים חלבונים ממשפחת ה וחלבוני ליבה. חלבוני קוהנסין קושרים DNA; לכן, משערים שראשית הם נקשרים לכרומטין, ויתר חלבוני הרכיבים הצדדיים מורכבים על גביהם. חלבוני הליבה מכילים סלילים מלופפים, היוצרים סיבים ומהווים את החלק הקשיח של ה'פיגום'. ביונקים, הרכיבים הצדדיים מורכבים בעיקר מחלבוני , אך הם מכילים גם חלבוני .

שני הרכיבים הציריים מחוברים על ידי סיבים (פילמנטים) רוחביים המרכיבים את האזור המרכזי. האזור המרכזי מורכב מאלמנט מרכזי (central element) ומסיבים רוחביים. הסיבים הרוחביים מורכבים מסלילים מלופפים ושני אזורים מעובים סימטריים, המכונים עמודים (pillars), אשר תוחמים את האזור המרכזי. ביונקים, הסיבים הרוחביים מורכבים בעיקר מחלבוני SYCP1, כאשר הקצה הקרבוקסילי שלהם פונה לרכיבים הצדדיים, ואילו הקצה האמיני שלהם חופף עם חלבוני הרכיב המרכזי (ראו בהמשך התייחסות למבנה הקומפלקס ביצורים אחרים). חלבוני הרכיב המרכזי (SYCE) תורמים ליציבות הקומפלקס הסינפטונמי. במרכז האזור המרכזי נמצאים קומפלקסים בעלי צפיפות אלקטרונים גבוהה הנקראים "recombination nodules". הם משמשים כאתר עגינה עבור חלבונים המצטברים בעת התהוות אתרי השחלוף.

נראה כי לקומפלקס מבנה מאורגן ומסודר, אך בכל זאת, התברר כי לקומפלקס מרכיבים ניידים בעלי תכונות דמויות נוזל.

 היווצרות ופירוק הקומפלקס במהלך הפרופאזה הראשונה 
בעכבר ובשמרים, הקומפלקס הסינפטונמי מתחיל להיווצר בשלב הראשון של הפרופאזה, בשלב ה. בשלב זה הכרומוזומים אינם דחוסים. הרכיבים הציריים מתחילים להיווצר לאורך אחת הכרומטידות בכל זוג של כרומוזומים הומולוגיים, עד ליצירת מבנה המשמש כפיגום, כאשר לולאות הכרומטין מאונכות לו.

בשלב ה הרכיבים הציריים כבר הושלמו, והאזור המרכזי מתחיל להיווצר. רכיב זה קושר בין שני הרכיבים הציריים, ליצירת צומתי קישור – סינפסיס. בסוף שלב זה הרכיב המרכזי מושלם, והוא מחבר בין הרכיבים הציריים, הנקראים כעת רכיבים צדדיים לכל אורך הכרומוזומים.

לאחר מכן, בשלב ה, הכרומוזומים ההומולוגיים כבר מחוברים לכל אורכם. בשלב זה מתרחש תהליך השחלוף, ולאחריו הכרומוזומים נארזים ונדחסים לקראת החלוקה. לקראת סוף שלב זה, האזור המרכזי של הקומפלקס הסינפטונמי מתחיל להתפרק, והכרומוזומים ההומולוגיים מתחילים להידחות זה מזה.

בשלב הדיפלוטין, הכרומוזומים ההומולוגיים נעים לכיוונים מנוגדים, והרכיבים הצדדיים מתחילים להתפרק. עד סוף שלב זה, הקומפלקס הסינפטונמי מתפרק כולו, אך הכרומוזומים ההומולוגיים עוד קשורים דרך הצמתים בהם נערכים שחלופים – צומתי ה.

 תפקידים וחשיבות של הקומפלקס הסינפטונמי 
לקומפלקס הסינפטונמי מספר תפקידים משוערים. מחד, הוא נחוץ להשלמת תהליך השחלוף, בין היתר ליצירת כיאזמה באתר השחלוף, המאפשרת היפרדות תקינה של ההומולוגים. כמו כן, נתגלה כי מחסור בקומפלקס הסינפטונמי גורם לירידה במספר השיחלופים, ולעלייה בכשל בהפרדת זוגות הכרומוזומים ההומולוגיים לאחר חלוקת התא (non-disjunction). מאידך, הוא גם משתתף בבקרת מספר השיחלופים, ונחוץ להגבלת מספר אירועי השחלוף. כיוון שהקומפלקס הסינפטונמי הוא גורם מרכזי ביצירת כיאזמות, יש לו תפקיד בהפרדה תקינה של הכרומוזומים במהלך המיוזה. אי היפרדות כרומוזומים הומולוגיים בזמן מיוזה באדם היא גורם עיקרי להפלות, ולמחלות גנטיות כמו תסמונת דאון.

 תפקיד הקומפלקס הסינפטונמי בהשלמת תהליך שחלוף תקין 
בדרך כלל, שחלוף מתבצע בעקבות שבירה יזומה של ה-DNA הדו גדילי. לאחר מכן, השבר מאוחה על ידי מנגנון תיקון DNA מיוחד המהווה חלק מתהליך השחלוף. סוג מנגנון תיקון ה-DNA אשר ישמש לאיחוי השבר, נקבע כבר בשלב יצירת השבר היזום. נמצא, כי לחלבונים באזור המרכזי של הקומפלקס הסינפטונמי יש תפקיד בהשלמת תהליך השחלוף בחיית המודל, התולעת Caenorhabditis elegans. בשלב הפקיטין המאוחר, חלבוני האזור המרכזי יוצרים באתרים המיועדים לשחלוף מבנה המזכיר בועה, ומקיפים קבוצת חלבוני תיקון DNA הנכנסים בין שכבות האזור המרכזי.

 תפקיד הקומפלס בתהליך ה"הפרעה" 
הקומפלקס הסינפטונמי נחוץ להשלמת תהליך השחלוף, אך יש הטוענים כי הקומפלקס מעורב גם בבקרה על המספר ועל הפיזור של השיחלופים על גבי הכרומוזומים ההומולוגיים, בתהליך המכונה "הפרעה" (crossover interference). מעורבות זו יכולה להסביר מדוע לא כל שבר דו גדילי ב-DNA הופך לאתר שחלוף בזמן הפרופאזה הראשונה. בתוך כך, מחקר שנעשה בתולעת Caenorhabditis elegans הראה כי פגיעה בחלבוני האזור המרכזי הובילה לעלייה במספר השיחלופים ובהקטנת המרחק ביניהם.

יתר על כן, הראו כי בתולעת Caenorhabditis elegans, חלבוני האזור המרכזי (חלבוני SYP) משתתפים בתהליך ה"הפרעה". כאשר פגעו חלקית בחלבוני ה-SYP, תהליך זה נפגע ונצפתה עלייה במספר אירועי השחלוף, וירידה במרחקים בין שיחלופים.

מחקר בצמח תודרנית לבנה חשף קשר בין הקומפלקס הסינפטונמי לתהליך ה"הפרעה", מה שמדגים את המעורבות הכללית של הקומפלקס הסינפטונמי בשחלופים הן בבעלי חיים והן בצמחים.

מנגנון הבקרה של תהליך ה"הפרעה" אינו ידוע, אך הראו כי באזורים המועדים לשחלוף ("hot spots"), הקומפלקס הסינפטונמי עובר מודיפיקציות ביוכימיות ופיזיקליות כגון זירחון. ייתכן כי שינויים אלה מהווים אותות המסייעים להגבלת מספר אתרי השחלוף. מחקר בתולעת Caenorhabditis elegans גילה כי גיוס הקינאז  לקומפלקס הסינפטונמי במהלך הפקיטין מוביל לזירחון ואינאקטיבציה של  זהו קינאז מיוטי המשתתף בין היתר ביצירת שברים דו-גדיליים ובייעוד שלהם לאתרי שחלוף. אינאקטיבציה של CHK-2 פוגעת ביצירת השברים הדו-גדיליים וכך מעורבת בבקרה על מספר אתרי השחלוף.

מחקר בשמר האפייה גילה כי חלבוני הרכיבים הצדדיים מעורבים בבקרה על מספר אתרי השחלוף. ירידה בכמות החלבונים בעלי דומיין ה-HORMA, אשר מגייסים את החלבונים האחראיים ליצירת השברים הדו-גדיליים, מתרחשת במקביל להיווצרות הקומפלקס הסינפטונמי ותהליך הסינפסיס. לפיכך, בזמן היווצרות הקומפלקס הסינפטונמי, ישנו גיוס מופחת של חלבונים המעורבים ביצירת השברים הדו-גדיליים באזורים מסוימים.

 הקומפלקס הסינפטונמי לאורך האבולוציה 
הקומפלקס הסינפטונמי נמצא במרבית היצורים המתרבים מינית, מצמחים ושמרים ועד יונקים. מבנה הקומפלקס שמור באבולוציה, בניגוד לרצפים החלבוניים המרכיבים אותו – אך קיימים הבדלים בין יצורים שונים. מבנה הקומפלקס נבדל בעיקר בסידור האזור המרכזי, ובעובי הרכיב המרכזי והרכיבים הצדדיים. בנקבת זבוב הדרוזופילה, למשל, נתגלה כי הקומפלקס הסינפטונמי מורכב משתי שכבות – זאת בשונה מהחיפושית B. cribrosa, מהעכבר ומהחולדה, להם קומפלקס רב שכבתי.

עם זאת, משערים כי לקומפלקס הסינפטונמי בבעלי חיים מקור קדום משותף, המורכב מחלבוני SYCP ומהחלבון SYCE2. הרכב ומבנה זה נמצא שמור באבולוציה מעכבר (ממערכת היונקים) ועד ההידרה (ממערכת הצורבים), למעט יצורים יוצאי דופן. לקומפלקס הסינפטונמי אבולוציה דינאמית, וביצורים שונים נצפו חלבונים חלופיים ביחס לאלה המרכיבים את הקומפלקס הקדום, או חלבונים אשר נוספו לקומפלקס במהלך האבולוציה. כך למשל, ביונקים, הקומפלקס מכיל את החלבונים SYCE1 ו-SYCE3. כמו כן, נתגלו יצורים המתרבים מינית (שמר החלוקה ו-), בהם נצפה תהליך מיוזה תקין, אך ללא הקומפלקס הסינפטונמי.

 קישורים חיצוניים 

 הערות שוליים 

קטגוריה:תרכובות