Właściwa segregacja chromosomów podczas mitozy i mejozy wymaga, aby spójność chromatydy siostrzanej była ustanowiona, utrzymywana i uwalniana w skoordynowany sposób1,2. Kohezja powstaje w fazie S i jest pośredniczona przez kompleks kohezyny, który tworzy fizyczne wiązania, które utrzymują razem chromatydy siostrzane. W mejozie kohezja dystalna do skrzyżowania pełni również funkcję utrzymywania razem rekombinowanych homologów, a to fizyczne powiązanie pomaga zapewnić prawidłową orientację biwalentnego wrzeciona metafazy I ( Rysunek 1) < sup class = "xref" > 3,< sup class = "xref" > 4,< sup class = "xref">5. Uwolnienie kohezji ramienia w anafazie I umożliwia segregację homologów na przeciwległe bieguny wrzeciona. Jeśli jednak spójność ramienia zostanie przedwcześnie utracona, rekombinowane homologi stracą swoje fizyczne połączenie i losowo się segregują, co może skutkować gametami aneuploidalnymi (Rysunek 1).
U ludzkich oocytów główną przyczyną poronień i wad wrodzonych są błędy w segregacji chromosomów, takie jak zespół Downa6, a ich częstość wzrasta wykładniczo wraz z wiekiem matki7. Kohezja chromatydy siostrzanej ustala się w oocytach płodu, a rekombinacja mejotyczna kończy się przed urodzeniem. Oocyty następnie zatrzymują się w połowie profazy I aż do owulacji, a podczas tego zatrzymania ciągła fizyczna asocjacja rekombinowanych homologów opiera się na kohezji chromatyd siostrzanych. Dlatego dokładna segregacja podczas mejozy i normalne wyniki ciąży wymagają, aby spójność pozostała nienaruszona przez okres do pięciu dekad.
Przedwczesna utrata spójności podczas długotrwałego zatrzymania mejotycznego ludzkich oocytów została zaproponowana jako przyczynienie się do efektu wieku matki i wiele linii dowodowych potwierdza tę hipotezę8,9. Jednak biorąc pod uwagę wyzwania związane z badaniem spójności mejotycznej w ludzkich oocytach, znaczna część naszego zrozumienia tego zjawiska opiera się na wykorzystaniu organizmów modelowych5,10,11,12,13,14,15.
oocyty Drosophila melanogaster oferują liczne korzyści w badaniu kohezji mejotycznej i segregacji chromosomów. Prosty test genetyczny pozwala odzyskać potomstwo z gamet aneuploidalnych i zmierzyć wierność segregacji chromosomu X na dużą skalę11,16,17. Co więcej, można również ustalić, czy błędy segregacji chromosomów powstają, ponieważ rekombinowane homologi nieprawidłowo segregują się podczas mejozy I, fenotypu, który jest zgodny z przedwczesną utratą spójności ramienia11,18,19. Bezpośrednia obserwacja stanu kohezji mejotycznej w oocytach Drosophila jest również możliwa za pomocą fluorescencyjnej hybrydyzacji in situ (FISH). Chociaż fluorescencyjne oligonukleotydy, które hybrydyzują się z powtarzalnymi sekwencjami satelitarnymi, są używane od ponad dekady do monitorowania spójności pericentromerowej w dojrzałych oocytach Drosophila4,20, analiza spójności ramienia była znacznie trudniejsza. Wizualizacja stanu kohezji ramion wymaga sondy, która obejmuje duży obszar sekwencji pojedynczej kopii i jest wystarczająco jasna, aby skutkować widocznymi sygnałami dla poszczególnych chromatyd siostrzanych, gdy kohezja ramienia jest nieobecna. Ponadto warunki wiązania oocytów i wielkość znakowanego DNA muszą ułatwiać penetrację21 do dużego dojrzałego oocytu Drosophila (o szerokości 200 μm i długości 500 μm). Ostatnio z powodzeniem wykorzystano sondę ramienia do wizualizacji chromatyd oocytów Drosophila podczas anafazy I, ale autorzy stwierdzili, że nie mogą wykryć sygnału w oocytach zatrzymanych w prometafazie lub metafazie I22. W tym miejscu przedstawiamy szczegółowy protokół generowania sond FISH ramienia chromosomu X i warunków przygotowania oocytów, które pozwoliły nam stwierdzić przedwczesną utratę kohezji chromatyd siostrzanych w oocytach prometafazy I i metafazy I. Techniki te, które umożliwiły nam zidentyfikowanie produktów genów, które są niezbędne do utrzymania spójności mejotycznej, pozwolą innym na przeprowadzenie testów na defekty kohezji chromatyd siostrzanych w dojrzałych oocytach Drosophila o różnych genotypach.