$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
La meiosi è uno degli eventi evolutivi evolutivi più importanti, altamente rigidi negli organismi eucariotici, ed è essenziale per la gametogenesi, la riproduzione sessuale, l'integrità del genoma e la diversità genetica 1,2,3. Nei mammiferi, le cellule germinali subiscono due divisioni cellulari successive, meiosi I e II, dopo un singolo ciclo di replicazione del DNA. A differenza dei cromatidi fratelli nella mitosi, i cromosomi omologhi duplicati si accoppiano e si segregano in due cellule figlie durante la meiosi I 4,5. Nella meiosi II, i cromatidi fratelli si separano e si segregano per formare gameti aploidi senza replicazione del DNA6. Errori in una delle due divisioni meiotiche, inclusi difetti di assemblaggio del fuso e missegregazione cromosomica, possono causare la perdita di gameti, sterilità o sindromi aneuploidie 7,8,9.
Studi cumulativi hanno dimostrato che i motori della famiglia delle chinesine svolgono un ruolo cruciale nella regolazione dell'allineamento e della segregazione cromosomica, nell'assemblaggio del fuso, nella citochinesi e nella progressione del ciclo cellulare sia nelle cellule mitotiche che meiotiche10,11,12. Kinesin-7 CENP-E (proteina Centromero E) è un motore cinetocoro plus-end-directed richiesto per la congressualità cromosomica, il trasporto e l'allineamento cromosomico e la regolazione del checkpoint di assemblaggio del fuso nella mitosi 13,14,15,16,17,18. Durante la meiosi, l'inibizione di CENP-E da parte dell'inibitore specifico porta GSK923295 all'arresto del ciclo cellulare, al disallineamento cromosomico, alla disorganizzazione del fuso e all'instabilità del genoma nelle cellule spermatogeniche19. I modelli di localizzazione e la dinamica di CENP-E nei centromeri degli spermatociti in divisione indicano che CENP-E interagisce con le proteine cinetocore per l'assemblaggio sequenziale dei centromeri durante la meiosi I20,21. Negli ovociti, la CENP-E è necessaria per l'allineamento cromosomico e il completamento della meiosi I13,22,23. L'iniezione di anticorpi o morfolino di CENP-E provoca cromosomi disallineati, orientamento anomalo dei cinetochi e arresto della meiosi I sia negli ovociti di topo che di Drosophila 23. Rispetto ai ruoli essenziali di CENP-E nella mitosi, le funzioni e i meccanismi di CENP-E nella meiosi rimangono in gran parte sconosciuti. I meccanismi dettagliati di CENP-E nel congresso cromosomico e la stabilità del genoma nelle cellule meiotiche maschili devono ancora essere chiariti.
La spermatogenesi è un processo fisiologico complesso e di lunga durata, che coinvolge la proliferazione sequenziale degli spermatogoni, la meiosi e la spermiogenesi. Pertanto, l'intero processo è straordinariamente difficile da riprodurre in vitro nei mammiferi e in altre specie24,25. È impossibile indurre la differenziazione degli spermatociti dopo lo stadio di pachitene in vitro. Gli studi sulle divisioni meiotiche maschili sono stati generalmente limitati ad analisi sperimentali della profase meiotica precoce25,26. Nonostante molti sforzi tecnologici, tra cui la coltura a breve termine degli spermatociti27,28 e i metodi di coltura degli organi25, ci sono pochi metodi efficaci per studiare la divisione meiotica maschile. Inoltre, la delezione genetica di geni essenziali di solito provoca l'arresto dello sviluppo e la letalità embrionale. Ad esempio, gli embrioni di topo privi di CENP-E non riescono a impiantarsi e non possono svilupparsi oltre l'impianto29, che è un ostacolo negli studi meccanicistici di CENP-E nella meiosi. Nel complesso, stabilire un sistema pratico e fattibile per studiare la divisione meiotica maschile può promuovere notevolmente il campo di ricerca della meiosi.
L'inibitore permeabile alle piccole cellule è un potente strumento per studiare i motori della chinesina nella divisione cellulare e nei processi di sviluppo. L'inibitore allosterico, GSK923295, si lega specificamente al dominio motorio CENP-E, blocca il rilascio di ADP (adenosina difosfato) e infine stabilizza le interazioni tra CENP-E e microtubuli30. In questo studio, un modello murino di inibizione in vivo viene presentato attraverso la chirurgia addominale e l'iniezione testicolare di GSK923295. L'inibizione di CENP-E provoca disallineamento cromosomico nella metafase I degli spermatociti primari. Inoltre, l'inibizione del CENP-E porta all'arresto meiotico degli spermatociti e all'interruzione della spermatogenesi. Una serie di protocolli sono descritti per l'analisi degli spermatociti e possono essere applicati per osservare microtubuli meiotici fuso, cromosomi omologhi e organelli subcellulari negli spermatociti. Il nostro metodo di inibizione in vivo è un metodo efficace per lo studio della divisione meiotica e della spermatogenesi.