Mayoz bölünme, haploid gametlerin üretimi için gerekli olan özel bir hücre bölünmesidir. Profaz I sırasında, homolog kromozomlar (her biri kohezin tarafından bir arada tutulan kardeş kromatitlerden oluşur) üç kritik görevi yerine getirmelidir: 1) birbirlerini tanır ve eşleştirir, 2) yanal eksenleri arasında sinaptonemal kompleksi (SC) oluşturarak bir araya getirir ve 3) homolog rekombinasyon yoluyla DNA alışverişi yapar, bu da kardeş olmayan kromatitler arasında çaprazlamalar (CO'lar) ile sonuçlanır 1,2. Kohezin tarafından sürdürülen çaprazlama oluşumundan kaynaklanan fiziksel bağlantı, metafazI 3,4,5 sırasında uygun kromozom bioryantasyonunu ve ayrışmasını sağlar.
Mayotik profaz I, her biri sinapsis6'nın durumu ile tanımlanan beş aşamadan oluşur. Leptonema'da (Yunanca ince iplik anlamına gelir), kromozom eksenleri boyunca eksenel eleman (SYCP3 ile işaretlenir) oluşurken kromozomlar yoğunlaşır. Zygonema (birleştirilmiş iplikler) sırasında, SC'nin enine elemanı (SYCP1) eksenler7 arasında oluştuğunda homologlar sinaps yapmaya başlar. Pakinemada (kalın iplik), kromozomlar tüm uzunlukları boyunca sinapslanır. SC daha sonra diplonema (iki iplik) sırasında sökülür ve homologları yalnızca geçiş bölgelerinde (chiasmata) bağlı bırakır. Kiasmata, DNA çift iplikli kopmaların (DSB'ler) programlanmış indüksiyonu ile başlatılan bir süreç olan homolog rekombinasyonun ürünüdür. Yüzlerce DSB'den yalnızca ~%10'u CO olur. Farelerde, çoğu (% 90 -% 95), MutLγ (MLH1-MLH3) tarafından kolaylaştırılan sınıf I CO yolu yoluyla oluşur, kalan CO'lar MUS81-EME1 tarafından sınıf II CO yolu 8,9,10,11 yoluyla yapılır.
Eşleştirme, sinapsis ve rekombinasyon yüksek düzeyde düzenlenmiş ve birbirine bağlı süreçlerdir. Hatalar tipik olarak kontrol noktası mekanizmalarını tetikleyerek hücre ölümüne yol açar. Dişilerde, erken faz I hatalarından kaynaklanan germ hücresi kaybı, erken yumurtalık yetmezliğine12,13 neden olabilirken, geç hatalar (örneğin, homologların CO oluşturamaması, CO'ların yanlış yerleştirilmesi veya erken kohezin kaybı) kromozom yanlış ayrışmasına ve anöploidiye yol açabilir. İnsanlarda mayotik hatalar, gebelik kaybı ve kısırlığın önde gelen bir nedenidir. Kadın mayozu özellikle hataya eğilimlidir. İnsan yumurtalarının yaklaşık% 20 -% 80'i (spermlerin% 2.5 -% 7'sine karşı) anormal kromozom sayıları taşır ve çoğu ilk mayotik bölünme14,15,16,17'deki hatalardan kaynaklanır. Yaş, maternal anöploidinin en büyük nedeni olarak tanımlanmış olsa da, oositlerin hatalara bu kadar duyarlı olmasının nedeni belirsizliğini korumaktadır.
Oositlerde yüksek hata oranlarının altında yatan faktörlerin anlaşılmasının önemine rağmen, profaz I olayların düzenlenmesi hakkındaki bilgilerimizin çoğu erkek mayoz bölünme çalışmalarından gelmektedir. Yetişkin testis materyalinin küçük bir parçası, mayotik ve mayotik sonrası germ hücrelerinin tüm aşamalarını değerlendirmek için yeterli materyal sağladığından, erkek mayoz bölünme araştırmacılar tarafından uzun zamandır daha kolay erişilebilir olmuştur. Buna karşılık, dişi mayoz bölünme süreksiz bir şekilde gerçekleşir. Farelerde, faz I, koitumdan yaklaşık 14 gün sonra başlayarak fetal yumurtalıkta yarı eşzamanlı olarak ilerler (dpc; Şekil 1A), gonadal cinsiyet tayininden kısa bir süre sonra 18,19,20. Doğum anında, oositler yumurtlama aylarına (farelerde) veya on yıllar (insanlarda) sonrasına kadar diktiyat durmasına girer 21,22,23. Sonuç olarak, spesifik faz I aşamalarına yalnızca sınırlı gelişimsel pencereler sırasında erişilebilir (Şekil 1A), profaz I sonrası olaylar genç ve yetişkinde bir seferde sadece birkaç oositte meydana gelir. Teknik ilerlemeler memeli oosit mayoz bölünme çalışmalarını iyileştirmiş olsa da, bu yöntemler erkek çalışmalarında kullanılan karşılaştırılabilir tekniklere kıyasla zorlu ve zaman alıcı olmaya devam etmektedir.
Kadın mayotik analizi, alt evreleme pakiten oositlerindeki sınırlama ile daha da karmaşıktır - çapraz atama ve olgunlaşmayı incelemek için kritik öneme sahiptir. Erkek çalışmaları, iyi karakterize edilmiş cinsiyet kromozomu eşleşme dinamiklerinden ve erken, orta ve geç pakinema için belirteç görevi gören histon varyantı H1t'nin varlığından yararlanır 24,25,26. Bununla birlikte, pakiten oositlerin alt evrelendirilmesi için güvenilir bir yöntem resmileştirilmemiştir.
Burada sunulan protokoller, erken profaz I'den metafaz I'e kadar fare oositlerinde sinapsis ve rekombinasyonun kapsamlı bir analizini kolaylaştırır. Bu çalışma, Peters ve ark.27 ve Tarkowski28 tarafından geliştirilen klasik kromozom yayılma tekniklerine ve bu yöntemlerin Hunt29 ve Sun ve Cohen30 tarafından önceki iyileştirmelerine dayanmaktadır. Bu protokol aşağıdakileri vurgulamak için geliştirilmiştir: 1) Spesifik faz I alt aşamalarının zenginleştirilmesi ve tanımlanması, 2) fetal yumurtalık çifti başına gerçekleştirilen uygulama sayısının en üst düzeye çıkarılması ve 3) sinapsis kusurlarının değerlendirilmesi için kapsamlı, erişilebilir ölçümler ve odaklardan kiazmataya rekombinasyon.