Portál:Otázky z histologie a embryologie (1. LF UK, VL)/Dělení buněk – mitóza a meióza

Mitóza

Mitóza je typ buněčného dělení, při kterém z jedné mateřské diploidní buňky vznikají dvě dceřiné diploidní buňky s identickou genetickou výbavou. Tímto způsobem se dělí somatické buňky, pohlavní dělení je označováno jako meióza. Mitóza je poslední fází buněčného cyklu následující za G2 fází. Zajišťuje růst a diferenciaci buněk, jejich obnovu a ve vývoji se podílí na rozdělení zygoty. Jedná se o "dokonale načasovaný" sled událostí, který zahrnuje dělení jádra (vlastní mitóza) a dělení buňky (cytokineze).

Fáze mitózy

Mitóza

Mitotické dělení můžeme rozdělit do čtyř fází: profáze, metafáze, anafáze a telofáze (viz galerie obrázků). Někdy se uvádí i pátá fáze, která probíhá mezi profází a metafází, označujeme ji tedy jako prometafázi. Mitóze musí předcházet replikace DNA v S-fázi buněčného cyklu, jinak by nemohlo dojít k rovnoměrnému rozdělení chromozomů do dceřiných buněk.

Profáze

V první fázi mitózy dochází ke kondenzaci a zkracování chromozomů, které můžeme pozorovat v optickém mikroskopu. Chromatidy jsou stále spojeny v centromeře. Zaniká jadérko a ke konci profáze i jaderný obal. Začíná tvorba dělícího vřeténka, které se zatím nachází mimo jádro. Centrosomy, které jsou tvořeny dvojicí na sebe kolmých centriolů (pouze u živočišných buněk) obklopených matrix, se seskupují na pólech buňky. Z centrosomů vyrůstají mikrotubuly dělícího aparátu. Začíná se vytvářet dělící vřeténko.

Prometafáze

Pokračuje kondenzace chromozomů a dochází k jejich rozptýlení v celé buňce. Mikrotubuly aktivně vyhledávají chromosomy, ke kterým se připojují prostřednictvím kinetochorů. Kinetochory se nachází párově v oblasti centromery každého chromozomu a připojení k nim můsí být bipolární, tzn. mikrotubuly z obou pólů se musí připojit současně.

Metafáze

Během metafáze jsou maximálně kondenzované chromosomy seřazeny v ekvatoriální rovině. Jejich centromery leží kolmo k ose vřeténka. Sesterské chromatidy jsou odděleny, zůstávají spojeny pouze v místě centromery. Mikrotubuly dělícího vřeténka se podle potřeby zkracují nebo prodlužují. Rozlišujeme mikrotubuly polární, kinetochorové a astrální. Polární spojují póly se středem buňky, kde se částečně překrývají. Kinetochorové slouží k připojení chromosomů a umožňují tak rozchod sesterských chromatid. Astrální směřují od pólů do všech stran a udržují správnou pozici celého vřeténka v buňce.

Anafáze

Anafáze začíná oddělením sesterských chromatid chromozomů a pokračuje jejich rovnoměrným rozchodem k pólům buňky. Kromě oddalování chromozomů (anafáze A) probíhá i oddalování pólů buňky (anafáze B). Na oddalování se podílí prodlužování polárních vláken mikrotubulů a dochází tak k prodlužování celé buňky. Prodlužování končí v okamžiku, kdy délka buňky dosáhne dvojnásobku délky v metafázi.

Telofáze

Dokončuje se proces oddalování pólů. Kolem chromosomů se vytváří jaderný obal, chromozomy na pólech buňky postupně dekondenzují. Vytváří se znovu i jadérko.

Cytokineze

Cytokineze zajišťuje přibližně rovnoměrné rozdělení ostatních komponent buňky (cytoplazma, organely). U živočišné buňky se po jejím obvodu vytváří prstenec z aktinových a myosinových mikrofilament, jehož kontrakcí vzniká dělící rýha. Ta se prohlubuje, až dojde k přeškrcení buňky a rozdělení na dvě dceřiné.

Schémata

• 

  Profáze

• 

  Prometafáze

• 

  Metafáze

• 

  Anafáze

• 

  Telofáze

• 

  Cytokineze

Regulace

• G2/M kontrolní bod – buněčný cyklus blokován, je-li:
  • nepříznivý buněčný růst
  • nepříznivé okolní podmínky
  • poškozena DNA

• metafáze/anafáze kontrolní bod
  • v případě špatného či neúplného napojení dělícího vřeténka (mikrotubulů) na kinetochory jsou produkovány látky př. kolchicin → brání nástupu anafáze

Meióza

Schéma meiózy

Meióza (zrací dělení) je proces redukčního dělení buňky, který probíhá ve dvou po sobě následujících děleních a jehož výsledkem jsou buňky s haploidním počtem chromozomů. Meiotickým dělením vznikají pohlavní buňky (gamety). Význam meiózy spočívá v náhodném rozdělení otcovských a mateřských chromozomů do pohlavních buněk a tím umožněné genetické variabilitě. Ta je zvýšená mechanizmem crossing-overu.

Dvě odlišná dělení se označují:

• Meióza I – redukční (heterotypické) dělení. Dochází k redukci počtu chromozomů na polovinu, z rodičovské diploidní buňky vznikají dvě dceřiné haploidní.
• Meióza II – ekvační (homeotypické) dělení. Sesterské chromatidy jsou rozděleny do dvou dceřiných buněk.

Meióza I

Meióza 1

Redukční dělení pohlavních buněk můžeme stejně jako dělení somatických buněk (mitózu) rozdělit do čtyř fází:

Profáze I

Dle kondenzace a vzájemného chování zdvojených homologních chromozomů rozlišujeme v profázi I celkem 5 stadií:

Leptotén

Vyznačuje se nízkým stupněm kondenzace chromozomů uchycených oběma svými konci k vnitřní straně jaderného obalu (úponová destička). Sesterské chromatidy jsou přiloženy těsně k sobě.

Zygotén

Synapse homologních chromozomů jsou lokalizovány v místě jejich blízkého úponu. Vytváří se tzv. synaptonemální komplex, který zipovým způsobem spojuje oba homology. Příslušné lokusy se párují vždy vedle sebe. Na konci jsou spárovány všechny homology – bivalenty (u člověka 23).

• homologní chromosomy se navzájem vyhledají zatím neznámým mechanismem
• začínají se párovat a postupně k sobě přiléhají po celé délce, těsné spojení homologních chromosomů se nazývá synapse
• odpovídající úseky DNA se k sobě přikládají obvykle lineárně a vytváří se tak struktura zvaná bivalent
• výjimkou jsou u člověka chromosomy X a Y, které nepředstavují klasický homologní pár, přesto mezi nimi dochází k synapsi
• v časné fázi se párují homologní segmenty v tzv. pseudoautosomálních oblastech, jež se vyskytují na obou koncích chromosomů X i Y
• v pozdější fázi se párují i určité přilehlé oblasti, většina délky X a Y však zůstává nespárována
• proces tvorby synapse je komplikovanější také v případě chromosomálních strukturních aberací, kdy jsou při párování homologních oblastí vytvářeny struktury odlišných tvarů
• v přítomnosti inverze způsobuje synapse vznik inverzní smyčky, u reciproké translokace vzniká tetravalent a u Robertsonovy translokace trivalent apod

Pachytén

Začíná kompletizací bivalentů – sesterské chromatidy jsou patrné jako tzv. tetrády. Rekombinační uzlíky (chiazmata) jsou místa překřížení nesesterských chromatid. Následně dochází ke crossing-overům – rekombinace částí homologů.

• proces párování homologů dokončen
• chromosomy těsně spojeny pomocí speciální proteinové struktury – synaptonemální komplex
• komplex tvoří dva laterální elementy a centrální žebříčkovitý element uprostřed
• každý laterální komplex představuje proteinovou osu jednoho homologního chromosomu a je podélně přiložen k oběma sesterským chromatidám
• z laterálního elementu radiálně vybíhají smyčky chromatinových vláken a centrální element je s laterálními propojen transverzálními filamenty
• v tomto stavu přetrvávají i několik dní
• základním účelem synaptonemálního komplexu je zajištění přesného párování odpovídajících úseků DNA, čímž se podílí na bezchybné rekombinaci
• spiralizace chromosomů pokračuje, mají nyní vzhled hrubších vláken s nerovnoměrně barvitelnými oblastmi
• začíná být pozorovatelné dvouchromatidové složení jednotlivých chromosomů
• v tomto stádiu také probíhá rekombinace DNA mezi nesesterskými chromatidami homologních chromosomů – crossing over (překřížení a výměna chromosomálních segmentů)
• vlastní výměna úseků DNA může nastat i mezi chromatidami sesterskými, ale v tom případě se nejedná o rekombinaci v pravém slova smyslu, protože vyměněné úseky nesou identickou genetickou výbavu
• pravděpodobné místo, kde probíhá proces crossing overu odpovídá místu výskytu tzv. rekombinačního uzlíku (nodulu)

Diplotén

Je zahájen desynapsí homologních chromozomů. Dochází v něm k rozrušení synaptonemálních komplexů. Bivalenty zůstávají spojeny v jednom nebo více místech (chiazmatech).

• homologní chromosomy se začínají oddělovat, synaptonemální komplex se odbourává (desynapse)
• v místech crossing overu zůstávají chromosomy navzájem spojené, tato místa jsou tzv. chiasmata
• rozložení chiasmat není pravidelné, mohou se vyskytovat kdekoli na chromosomu
• existují ale místa, kde dochází ke crossing overu častěji – rekombinační „hotspots“ a naopak i místa s málo pravděpodobným výskytem (např. pericentromerická oblast)
• je možno vypozorovat i jev interference chiasmat, tzn. snížení pravděpodobnosti vzniku chiasmatu v blízkosti výskytu jiného (mechanismus zatím nejasný)
• u člověka obvykle nacházíme 1-3 chiasmata na každém homologním páru (podle velikosti chromosomů), celkově nacházíme 40-50 chiasmat v jedné buňce
• pro zajištění správné segregace v dalším průběhu prvního meiotického dělení se i na nejmenším chromosomu vyskytuje alespoň jedno chiasma
• v každém bivalentu jsou již zřetelně rozpoznatelné čtyři chromatidy, celou strukturu homologního páru chromosomů označujeme tetráda

Meióza 2

Diakinéza

Diakinéza je přechod do metafáze. Probíhá zde silná kondenzace chromatid, jejich dělení a uvolnění jejich koncových částí od jaderného obalu. Sesterské chromatidy jsou spojeny v oddálených centromerách obou původních homologních chromozomů. Jaderný obal se rozpadá.

Metafáze I

• neoddělené centromery a kinetochory;
• sesterské chromatidy tvoří diády – rozchodem homologních chromozomů.
• na začátku mizí jaderný obal, jako u mitosy
• tvoří se dělící vřeténko
• páry homologních chromosomů jsou pomocí kinetochorů připojeny k mikrotubulům dělícího aparátu a řadí se v ekvatoriální rovině buňky
• chiasmata udržují homologní chromosmy pohromadě až do začátku anafáze I
• nejdříve jsou chiasmata lokalizována v místě crossing overu, později dochází k jejich posunu směrem ke koncům chromatid (terminalizace chiasmat)

Anafáze I

• homologní chromozomy se rozcházejí – princip redukčního dělení.

• po rozpojení chiasmat se homologní chromosomy rozcházejí k opačným pólům vřeténka, každý tvořený dvěma sesterskými chromatidami
• tento moment je klíčový pro celou meiosu – diploidní počet se redukuje na haploidní, polovinu
• rozchod chromosomů maternálního a paternálního původu k pólům probíhá zcela náhodně a nezávisle, jak odpovídá Mendelovu zákonu o nezávislé kombinovatelnosti vloh
• vzniká velký počet různých kombinací, u člověka 2²³ a při účasti crossing overu je počet kombinací ještě mnohem větší

Telofáze I

• Oddělí se dvě buňky s různým zastoupením mateřských a otcovských chromozomů.

• haploidní sady chromosomů se shlukují na pólech buňky, vznikají dvě dceřiná jádra a po rozdělení cytoplazmy i dvě dceřiné buňky
• tato fáze je krátká, průběh velmi variabilní
• následuje interkineze (analogie s mitotickou interfází, nedochází ale k replikaci DNA)
• chromosomy se dočasně despiralizují, interkineze je velmi krátká a u některých druhů úplně chybí
• buňka poté vstupuje do II. zracího dělení

Meióza II

Nastupuje po krátké interfázi, při které nedochází k replikaci DNA, pouze k dekondenzaci a syntéze RNA a histonů. Následné dělení je průběhem velmi podobné mitóze. V profázi II se rozejdou centrioly a vytvoří se mitotické vřeténko, v metafázi II se centromery a kinetochory sesterských chromatid orientují k protilehlým pólům dělícího vřeténka. V anafázi II pak dojde k separaci chromatid do dceřiných buněk.

			Článek neobsahuje vše, co by měl.
			Můžete se přidat k jeho autorům a doplnit jej.
			O vhodných změnách se lze poradit v diskusi.