有糸分裂における染色分体の分離
有糸分裂は細胞核内の染色体を分裂させる。有糸分裂中、染色体分離は細胞分裂の過程におけるルーチン的なステップとして起こります（有糸分裂の図を参照）。有糸分裂の図に示されているように、有糸分裂に先立ってDNA複製が行われ、各染色体は染色分体と呼ばれる2つのコピーを形成します。これらの染色分体は、コヒーシンと呼ばれるタンパク質複合体によって促進される過程を経て、反対側の極へと分離します。適切な分離が行われると、染色分体の完全なセットが2つの核のそれぞれに存在し、細胞分裂が完了すると、それまで染色分体と呼ばれていた各DNAコピーは染色体と呼ばれるようになります。
減数分裂における染色体と染色分体の分離
減数分裂では、染色体の分離は、第一分裂後期と第二分裂後期と呼ばれる2 つの別々の段階で起こります(減数分裂の図を参照)。二倍体細胞には、異なる親由来の相同染色体の 2 セットがあります(例えば、父方と母方のセット)。減数分裂の図で「間期 s」とラベル付けされている減数分裂の段階では、DNA 複製が 1 回行われ、最初に存在していた各染色体は、染色分体と呼ばれる 2 つのコピーから構成されます。これらの染色体 (対になった染色分体) は、同じ核内に存在する相同染色体 (これも対になった染色分体) と対になります (減数分裂の図の第一分裂前期を参照)。対になった相同染色体が整列するプロセスはシナプシスと呼ばれます (シナプシスを参照)。シナプシスでは、通常、遺伝子の組換えが起こります。組換え事象の中には、交差（2つの染色分体間の物理的な交換を伴う）によって起こるものもあるが、ほとんどの組換え事象は、2つの染色分体間の情報交換を伴うものの、物理的な交換は伴わない（合成依存性鎖アニーリング（SDSA）を参照）。組換え後、減数分裂図の第一分裂中期および第一分裂後期の段階で示されるように、染色体分離が起こる。
異なる染色体対は互いに独立して分離する。この過程は「非相同染色体の独立分配」と呼ばれる。この過程の結果、各配偶子には通常、両親由来の染色体が混在する。
染色体の不適切な分離（不分離、二倍体を参照）は、染色体の数が少なすぎたり多すぎたりする異数性配偶子を生み出す可能性がある。
減数分裂中に分離が起こる2番目の段階は前期IIです（減数分裂の図を参照）。この段階では、分離は有糸分裂と同様のプロセスで起こりますが、この場合、前期IIの前にはDNA複製は行われません。したがって、各染色体を構成する2つの染色分体は異なる核に分離し、各核は1組の染色分体（現在は染色体と呼ばれます）を受け取り、各核は半数体の配偶子に含まれます（減数分裂の図の前期II以降の段階を参照）。この分離プロセスはコヒーシンによっても促進されます。前期IIでの適切な分離の失敗は、異数体配偶子につながる可能性があります。異数体配偶子は受精して異数体接合子を形成し、子孫に深刻な悪影響を及ぼす可能性があります。
クロスオーバーは分離を容易にするが、必須ではない
減数分裂の各段階を示す図
減数分裂組換えの現在のモデルでは、二本鎖切断またはギャップによって開始され、続いて相同染色体との対合と鎖侵入によって組換え修復プロセスが開始されます。ギャップの修復は、隣接領域のクロスオーバー（CO）または非クロスオーバー（NCO）につながる可能性があります。CO組換えは、右上図に示すダブルホリデージャンクション（DHJ）モデルによって起こると考えられています。NCO組換えは、左上図に示す合成依存性鎖アニーリング（SDSA）モデルによって主に起こると考えられています。ほとんどの組換え事象はSDSA型であるようです。減数分裂染色体交叉（CO）組換えは相同染色体の適切な分離を促進する。これは、減数分裂前期Iの終わりに、CO組換えが相同染色体対を一緒に保持する物理的なリンクを提供するからである。これらのリンクは、CO組換えの細胞学的発現であるキアズマによって確立される。姉妹染色分体間のコヒーシンリンクとともに、CO組換えは対になった相同染色体が反対側の極に秩序正しく分離されることを保証するのに役立つ可能性がある。これを裏付けるものとして、全ゲノムシーケンスによる単一精子の異数性の研究では、平均して、常染色体が異数性のヒト精子細胞は正常細胞よりも有意に少ない交叉を示すことがわかった。[ 2 ]減数分裂I の最初の染色体分離が完了した後、減数分裂IIの2回目の均等分裂中にさらに染色体分離が起こる。正しい数の染色体を持つ配偶子を生成するためには、減数分裂前期Iにおける染色体の適切な初期分離と、減数分裂IIにおける均等分裂時の次の染色体分離の両方が必要である。
CO組換え体は、ホリデー接合中間体の形成と解消を含むプロセスによって生成されます。 「減数分裂組換えの現在のモデル」と題された図に示されているように、減数分裂クロスオーバーの形成は二本鎖切断（DSB）によって開始されることがあります。 DNAへのDSBの導入には、トポイソメラーゼ様タンパク質SPO11がよく用いられます。[ 3 ] CO組換えは、X線照射などの外部からのDNA損傷源[ 4 ] 、または内部からの損傷源[ 5 ] [ 6 ] によっても開始されることがあります。
CO組換えが減数分裂染色体分離を促進するという証拠がある。[ 2 ] しかし、他の研究では、キアズマは補助的ではあるものの、減数分裂染色体分離に必須ではないことが示されている。出芽酵母Saccharomyces cerevisiaeは、減数分裂組換えの研究に用いられるモデル生物である。ホリデー接合部の解消レベルでCO組換えに欠陥のあるS. cerevisiaeの変異体は、適切な染色体分離を効率的に行うことがわかった。S . cerevisiae 、そしておそらく哺乳類において、大部分のCOを生成する経路には、 MLH1 - MLH3ヘテロ二量体（MutL γと呼ばれる）を含むタンパク質複合体が関与している。[ 7 ] MLH1-MLH3はホリデー接合部に優先的に結合する。[ 8 ] これは、超らせん二本鎖DNAに一本鎖切断を起こすエンドヌクレアーゼであり、 [ 8 ] [ 9 ] CO組換え体の形成を促進する。[ 10 ] MLH3（主要経路）とMMS4（マイナーホリデー接合解消経路に必要）の両方を欠失させた二重変異体は、野生型と比較して交叉が劇的に減少した（6～17倍の減少）。しかし、胞子生存率は十分に高く（62%）、染色体分離はほぼ機能的であった。[ 10 ]
S. cerevisiaeとヒトでは、MSH4およびMSH5タンパク質がヘテロオリゴマー構造 (ヘテロ二量体)を形成します。 [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] S. cerevisiae では、MSH4 および MSH5 は減数分裂中に相同染色体間の交叉を促進するように特異的に作用します。[ 11 ] MSH4/MSH5 複合体は、二重ホリデー接合に結合して安定化し、交叉産物への解消を促進します。S . cerevisiaeの MSH4 低機能性 (部分的に機能する) 変異体では、ゲノム全体で交叉数が 30% 減少し、非交換染色体による減数分裂が多数見られました。[ 14 ] それにもかかわらず、この変異体では、非交換染色体の分離が効率的に起こったことを示唆する胞子生存率パターンが生じました。[ 14 ] このように、CO組換えはS. cerevisiaeの減数分裂中の適切な染色体分離を促進するが、必須ではないことが示唆される。
分裂酵母Schizosaccharomyces pombeは、減数分裂組換えがない状態で相同染色体を分離する能力（アキアズマ分離）を持っている。[ 15 ]この能力は、染色体を減数分裂紡錘体の両極に移動させる 微小管モーターダイニンに依存している。
参考文献
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