Vol. 2° -  III.7.1.

Meiosi prima
La prima divisione meiotica

Le cellule germinali maschili, gli spermatogoni, o femminili, gli oogoni, si sono riprodotte un certo numero di volte per mitosi, restando quindi diploidi.

Alcune di esse si preparano alla meiosi e in tal caso entrano in una fase S più lunga del solito, che si prolunga fino all’inizio della profase. Queste cellule prendono ora il nome di spermatociti e oociti.

Fig. III. 30 - Le fasi della meiosi in una cellula con dotazione diploide pari a 4 cromosomi.
Al termine del processo meiotico, da una cellula diploide otterremo 4 gameti aploidi.

7.1.a. Profase 1ª

Nella profase prima i cromosomi si accorciano e si ispessiscono, si verifica il crossingover, si forma l’apparato del fuso, membrana nucleare e nucleolo - o nucleoli - si dissolvono. La profase 1ª è molto lunga, tanto da meritare il nome di profase meiotica per eccellenza essendo la profase 2ª brevissima, ed è suddivisa in alcuni sottostadi. Prende inizio dopo la replicazione dei cromosomi.

Inizio della profase « stadio di leptotene.

In questo stadio i cromosomi hanno cominciato a spiralizzarsi e diventano visibili come strutture filamentose, più lunghi di quelli della profase mitotica. Non sono altro che i cromatidi fratelli tenuti insieme dal centromero. Il numero di cromosomi in questo stadio corrisponde a quello di una cellula diploide. Quando la cellula entra nello stadio di leptotene si impegna in modo definitivo nella meiosi.

Inizio della fase media « stadio di zigotene.

Nello zigonema i cromosomi omologhi cominciano ad appaiarsi in modo altamente specifico, punto per punto, come i due elementi di una chiusura lampo. Questo appaiamento è detto sinapsi. Poiché la replicazione è già avvenuta, ciascuna serie di cromosomi sinaptici è costituita da 4 cromatidi e viene indicata col termine di serie bivalente o tetrade.

Fase media della profase « stadio di pachitene.

Allo zigonema segue il pachinema, fase in cui i cromosomi sono molto più corti e spessi, e sono visibili come strutture a quattro filamenti intimamente appaiati. Durante il pachinema avviene l’evento più importante, il crossingover, cioè lo scambio reciproco tra cromosomi omologhi di segmenti cromosomici localizzati nella stessa posizione lungo il cromosoma.

Se esistono differenze genetiche tra gli omologhi, il crossingover produce in un cromatide nuove combinazioni geniche. Il crossingover non causa né perdita né acquisizione di materiale genico, poiché determina solo scambi reciproci.

Lo scambio consta in una frattura, in punti corrispondenti di cromatidi non fratelli, di una porzione di materiale genetico, nel suo scambio con l’equivalente porzione dell’altro cromatidio e quindi nella risaldatura nella nuova posizione del pezzo scambiato. I meccanismi di scambio sono poco evidenziabili perché, mentre si svolgono, i quattro cromatidi della tetrade pachitenica sono strettamente affiancati.

Il crossingover è facilitato dall’unione sinaptica stretta, cioè un allineamento fianco a fianco dei 4 cromatidi, che porta alla formazione di strutture simili a cerniere lampo per tutta la loro lunghezza.

L’appaiamento punto per punto di ciascuna coppia di omologhi risulta diretto da una particolare struttura proteica che compare in zigotene, perdura in pachitene e scompare più tardi: si tratta del complesso sinaptinemale, formazione nastriforme interposta fra gli omologhi, che quindi non sono a diretto contatto, composta da tre zone disposte in parallelo lungo l’asse longitudinale del complesso.

Fig. III. 31 - Evoluzione del complesso sinaptinemale durante la profase della meiosi.
C1+2 sono i cromatidi fratelli 1 e 2 - C3+4 sono gli altri cromatidi fratelli 3 e 4
1 formazione centrale interposta fra gli omologhi - 2 nodulo di ricombinazione.

Tale struttura nastriforme è soprattutto costituita da proteine acide alle quali è adeso dell’RNA, ma non si conosce il ruolo che esso svolge nel crossingover. Tali proteine si dispongono a formare unità globulari, dette noduli di ricombinazione, presenti nell’elemento centrale del complesso sinaptinemale. In alcuni organismi, come nei maschi di Drosofila, il complesso sinaptinemico non si forma e in questi casi il crossingover non avviene.

Probabilmente, enzimi del tipo delle endonucleasi spezzano il DNA dei cromatidi non fratelli in punti corrispondenti e infine enzimi del tipo delle ligasi saldano i tratti scambiati. Il cromosoma che esce dalla meiosi con una combinazione di geni differente rispetto alla combinazione di partenza viene detto cromosoma ricombinante.

Il crossingover è quindi un meccanismo in grado di produrre ricombinazione genica, un concetto che esamineremo in dettaglio successivamente. Comunque, dopo il crossingover, almeno uno dei due cromatidi di ciascun omologo formante un bivalente risulta geneticamente differente rispetto alla situazione iniziale.

Fig. III. 32 - Interscambio o crossingover
Schema molto semplificato del prodotto finale
dovuto al crossingover: due cromosomi ricombinanti

Fase medio-terminale della profase « stadio di diplotene

Nella fase di diplonema i cromosomi cominciano a separarsi, però nei punti dove non c’è stato crossingover, in quanto in questi punti rimangono in contatto tra loro. Il processo di crossingover diventa visibile con la formazione di strutture cruciformi, a occhielli, denominate chiasmi, in quanto somigliano alla lettera greca chi c, e i punti di contatto corrispondono a quelli precedentemente interessati dallo scambio.

Poiché tutti e quattro i cromatidi possono essere coinvolti in eventi di crossingover in qualsiasi punto degli omologhi, la forma che il chiasma assume in questo stadio può essere molto complicata, ed è molto usata dai citogenetisti perché fornisce indizi precisi sull’entità degli scambi che si verificano nelle cellule indagate.

In molti organismi il diplonema è seguito rapidamente dalle altre fasi della meiosi, ma gli oociti di numerosi animali possono rimanere in fase di diplonema per parecchio tempo. Per esempio, nella donna gli oociti giungono alla fase di diplonema entro il settimo mese di vita endouterina e si arrestano in questo stadio per parecchi anni. Dall’inizio della pubertà, e fino al raggiungimento della menopausa, ad ogni ciclo mestruale matura un solo oocita per ovocellula aploide, che viene quindi rilasciata dall’ovaio.

Fig. III. 33 - Interscambio in una coppia di cromosomi omologhi che sono eterozigoti per i loci M-N-O.

A coppia di cromosomi omologhi - B stadio a 4 filamenti 
C interscambio tra due cromatidi non-fratelli nel tratto compreso tra i loci M e N
D lo stesso interscambio nella regione compresa fra N e O
E raffigura i 4 tipi di combinazioni cromosomiche possedute dai gameti e derivate dal crossingover mostrato in C.

Fase terminale della profase « diacinesi

Durante questo stadio i 4 cromatidi di ciascun bivalente, o tetrade, è ancora più condensato e i chiasmi si terminalizzano, cioè si spostano verso le estremità dei cromatidi che così appaiono uniti in posizione terminale. La terminalizzazione deriva forse dalla diversa contrazione delle varie regioni cromosomiche e non da un reale spostamento dei chiasmi. In questa fase si ha anche la scomparsa dei nucleoli e l’inizio del dissolvimento della membrana nucleare. Si possono facilmente contare i cromosomi e le tetradi si portano sul fuso per dare inizio alla metafase.

7.1.b. Metafase 1ª

All’inizio della metafase 1ª la membrana nucleare si è completamente dissolta e le tetradi si allineano sul piano equatoriale della cellula. L’apparato del fuso è ora completamente formato e i suoi microtubuli sono attaccati ai centromeri degli omologhi. È importante sottolineare che sulla piastra metafasica si trovano le coppie di omologhi uniti sinapticamente, sono cioè presenti i bivalenti.

Invece, nella mitosi della maggior parte degli organismi, i cromosomi omologhi replicati, cioè le coppie di cromatidi fratelli, si allineano in modo indipendente sulla piastra metafasica. In altre parole, la differenza fondamentale fra meiosi e mitosi è che nella meiosi i centromeri fratelli rimangono uniti, mentre nella mitosi si separano.

7.1.c. Anafase 1ª

In questa fase i cromosomi di ciascuna tetrade si separano in modo tale che le coppie di omologhi, i bivalenti, separandosi possano migrare a poli opposti, dove si formeranno i nuovi nuclei. In questo stadio ciascuna coppia è chiamata diade. L’orientamento verso l’uno o l’altro polo di ciascuna diade è casuale. Per cui, anche prescindendo dal fatto che il crossingover ha modificato l’assortimento genico di ogni cromosoma iniziale, ciascuna della cellule figlie derivate dalla prima divisione meiotica riceve una serie di cromosomi materni o paterni variamente combinati fra loro. Ciò contribuisce ulteriormente a differenziare geneticamente i gameti fra loro.

Questa migrazione determina due fatti:

·  gli omologhi di derivazione materna e paterna si separano in modo casuale a ciascun polo, ad eccezione delle porzioni cromosomiche scambiate durante il crossingover

·  a ciascun polo si trova un complemento aploide per ciascun cromosoma replicato.

È importante ricordare che in questo stadio le coppie di cromatidi fratelli che hanno segregato rimangono attaccate tra loro attraverso i rispettivi centromeri e che a ciascun polo della cellula in divisione si sono portati assetti di diadi corrispondenti alla metà del numero diploide.

7.1.d. Telofase 1ª

La sua durata varia molto a seconda delle specie. Ciò nonostante, nella telofase le diadi completano la loro migrazione ai poli opposti della cellula e, nella maggior parte dei casi, si formano nuove membrane nucleari attorno a ciascun raggruppamento aploide.

Nella maggiore parte delle specie si verifica la citodieresi e vengono prodotte due cellule aploidi. La meiosi 1ª comincia quindi con una cellula diploide, che contiene una serie cromosomica derivata dalla madre e una derivata dal padre, e termina con due nuclei, ciascuno dei quali contiene una serie di cromosomi replicati che possono essere sia di origine paterna sia materna, ancora uniti al centromero. Dopo la citochinesi ognuna delle due cellule figlie ha un nucleo con una serie aploide di cromosomi replicati, quindi con una quantità 2c di DNA, perché ogni cromosoma, o diade, è ancora costituito da due cromatidi.

Dopo un’intercinesi breve o inesistente, ma comunque con la formazione di un nuovo apparato mitotico in ciascuna cellula figlia, inizia la profase della seconda divisione meiotica.