Nuances no controle da atividade da separase entre mitose e meiose

Citação: A raiva M (2025) nuances no controle da atividade da separase entre mitose e meiose. PLOS BIOL 23 (6): E3003206. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3003206

Publicado: 16 de junho de 2025

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Financiamento: Este trabalho foi apoiado pelo prêmio da Academia de Ciências da Tcheca AV21 VP38 para MA. Os financiadores não tiveram papel no desenho do estudo, coleta e análise de dados, decisão de publicar ou preparação do manuscrito.

Interesses concorrentes: Os autores declararam que não existem interesses concorrentes.

Abreviações:
APC/C, complexo/ciclossomo promovendo anáfase; SAC, ponto de verificação do conjunto do eixo

De sua emergência na fase S, os cromatídeos irmãos são mantidos juntos pelo complexo de coesina (1). Os laços entre cromatídeos irmãos são essenciais para a montagem precisa do eixo, bem como para a fidelidade da segregação cromossômica. Sua separação ultimate, durante a anáfase, requer a atividade de uma protease chamada Separase, que cliva as subunidades de Kleisina do complexo de coesina, a saber, SCC1 em mitose e REC8 na meiose (2). Este é um passo irreversível e, quando executado precocemente, leva à aneuploidia, perda de células ou tumorigênese. Para impedir a ativação prematura da separase e, portanto, a clivagem da coesina, vários mecanismos são usados ​​pelas células para controlar a atividade da separase. Fundamentalmente, todos estão ligados à conclusão da montagem do aparelho do fuso. Portanto, somente quando todos os cromossomos, por meio de seus cinetocores, estão corretamente presos aos microtúbulos produzidos a partir de pólos do fuso, é a ativação da separase acionada (3).

Estudos anteriores identificaram dois mecanismos inibidores de separase independentes (4). O primeiro envolve a interação da separase com uma proteína específica chamada Securin, que atua como seu pseudosubstrato. O segundo é baseado na fosforilação da separase por ciclina b/cdk1 e sua ligação subsequente a esse complexo; No entanto, esse mecanismo é usado apenas em células de vertebrados (5). A inibição da separase por Securin e Cyclin B/CDK1 é mutuamente exclusiva. O tempo da inibição da separase é restrito pela duração da atividade do ponto de verificação do conjunto do fuso (SAC) e terminado pelo início da ativação do complexo/ciclossomo promovendo anáfase (APC/C). Recentemente, um terceiro mecanismo foi descoberto em células somáticas, que envolve a inativação da separase pelo complexo MAD2/SGO2, com o SGO2 atuando como um pseudosubstrato para separase, semelhante ao Securin (6). É importante ressaltar que a inibição da separase pelo complexo MAD2/SGO2 está pelo menos parcialmente ligada à montagem do eixo através do eixo SAC e APC/C. Na mitose, todos os três mecanismos cooperam para impedir a ativação precoce da separase e, quando a securin é esgotada, a maioria da separase é inibida pelo complexo MAD2/SGO2.

Durante a meiose I, a segregação de cromossomos homólogos também depende da clivagem do complexo de coesina por separase (7). No entanto, a importante diferença entre a meiose I e a meiose II e a mitose é que a clivagem da separação nos braços cromossômicos é limitada à coesina localizada distalmente ao quiasmata. A coesina restante nas proximidades dos centrômeros, que mantém as cromatídeos irmãs, é protegida da clivagem da separase até a anáfase II. Como na mitose, a ativação da separase na meiose I é adiada até a conclusão do conjunto do fuso, e o controle da atividade da separase também envolve a inibição da securina e da ciclina b/cdk1 (8). Até agora, não havia evidências de um papel para o complexo MAD2/SGO2 recentemente descoberto no controle da atividade da separase na meiose.

Em seu novo estudo (9), Wetherall e colegas testaram esse mecanismo potencialmente importante em oócitos de camundongos. Os autores combinaram a depleção de proteínas SGO2 e securina por morfolino, com superexpressão simultânea da separação da separase à inibição da ciclina B/CDK1 (separase S1121A) e monitoramento da atividade da separase em oocitos vivos usando um sensor de cláusula baseado em localização. Seus resultados confirmaram isso primeiro, apenas, o Securin ou a Cyclin B/CDK1 são suficientes para o controle da atividade da separase na meiose de oócito I e para o tempo adequado da anáfase. Quando ambos os mecanismos de controle foram inativados, por esgotamento simultâneo de securina com morfolino e superexpressão da separase S1121A, não apenas foi ativada pela separase anteriormente, mas os oócitos também apresentaram alinhamento cromossômico substancial e defeitos de segregação, semelhantes aos que ocorrem com a demonstração simultânea da século2 e a segregação, que ocorrem na demonstração simulta6). Curiosamente, o alívio simultâneo de ambas as vias inibitórias teve apenas um pequeno efeito no momento do início da clivagem da coesina e nenhum efeito no momento da extrusão do corpo polar.

Em seguida, os autores se concentraram se a atividade da separase nos oócitos é controlada pelo complexo MAD2/SGO2, semelhante às células somáticas (9). Eles primeiro estabilizaram os níveis de SGO2, mutando seus locais de Ken e D-Field, que são reconhecidos por APC/C. Esse procedimento estendeu a estabilidade do SGO2, mas não teve efeito na extrusão corporal polar. Posteriormente, eles usaram oligos morfolino para reduzir os níveis de SGO2. Esse procedimento sozinho, ou em combinação com a depleção simultânea de securina e a superexpressão da separase S1121A, não exacerbou ainda mais o efeito que eles observaram com a combinação de depleção de securina e a superexpressão de separase S1121A.

O estudo de Wetherall e colegas traz evidências convincentes de que, em contraste com a mitose, o complexo MAD2/SGO2 não é necessário para o controle da atividade da separase na meiose de oócito I (Fig 1). A remoção de securina e separase do genoma e a substituição da separase pelo mutante S1121A permitirão, no futuro, a análise do alinhamento cromossômico e defeitos de segregação sem quantidades residuais de proteínas após a depleção de morfolino. O estudo também sublinha o papel da securin no controle da atividade da separase nessas células. As células somáticas parecem ser mais dependentes da ciclina B/CDK1 para controlar a separase, pois a expressão de um mutante resistente à fosforilação de CDK1 causa separação precoce de cromátides irmãs (6), enquanto os oócitos são capazes de controlar a separase apenas com a securin. Para entender por que o complexo MAD2/SGO2 não é essencial para o controle da atividade da separase em oócitos, exigirá experimentos adicionais. Ainda não se sabe se isso se deve aos níveis relativamente altos de securina nos oócitos, ou devido aos papéis adicionais do MAD2 após o SAC em células somáticas. Nessa perspectiva, seria interessante avaliar o papel do MAD2/SGO2 em células relacionadas ao desenvolvimento que reduziram os níveis de securina, como oócitos de meiose II ou embriões precoces do ciclo de clivagem.

No geral, os resultados de Wetherall e colegas (9) demonstram uma diferença significativa no controle da atividade da separase entre meiose e mitose. E considerando a alta frequência de erros de segregação cromossômica nas células germinativas femininas, os resultados contribuem para a nossa compreensão da etiologia da aneuploidia, que é a razão mais frequente para o término do desenvolvimento em mamíferos (10).