Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
חלוקת התא היא בסיסית לכל האורגניזמים החיים ונדרשת לגדילה והתפתחות. כאמצעי רבייה חיוני לכל היצורים החיים, חלוקת התא מאפשרת לאורגניזמים להעביר את החומר הגנטי שלהם לצאצאיהם. עבור אורגניזם חד-תאי, חלוקה תאית יוצרת אורגניזם חדש לחלוטין. עבור אורגניזמים רב-תאיים, חלוקת תאים מייצרת תאים חדשים להתפתחות הכללית של האורגניזם, כמו גם מייצרת תאים בריאים שיחליפו תאים פגומים מפגיעה. רבייה של אורגניזמים רב-תאיים דורשת חלוקת תאים כדי ליצור תאי רבייה.
כדי להתחלק, תא צריך קודם כל לשכפל ולחלק את התוכן הגנטי שלו לשני תאי בת. סדרה זו של שכפול וחלוקה נקראת מחזור התא. הפרטים של מחזור התא משתנים מאורגניזם אחד למשנהו, אך השלבים הבסיסיים של חלוקת התא הם אוניברסליים.
כ-78% מחיי התא מבלים באינטרפאזה, גדלים ומכינים את עצמם לחלוקת התא. שלב הביניים עצמו מכיל שלושה תת-שלבים. מיד לאחר חלוקת התא, תא שזה עתה נוצר נכנס לחלק פער 1 או G1 של שלב הביניים. במהלך G1, תאים לגדול באופן פעיל, ובמקרים רבים, להבדיל לבצע פונקציות ספציפיות. בשלב זה, התא רגיש לאותות פנימיים וחיצוניים כדי לקבוע אם להתחלק או לא. תאים מסוימים, כגון נוירונים, אינם ממשיכים לחלוקת התא לאחר התמיינות ונשארים ב- G1 עד שהם מתים. ברגע שהתא עומד בקריטריונים להמשיך לחלוקת התא, הוא נכנס לשלב הסינתזה או S של שלב האינטרפאזה, שבמהלכו התא משכפל את כל הגנום שלו. לאחר מכן, התא נכנס לשלב Gap 2 או G2 כדי לסנתז את כל החלבונים הדרושים לחלוקת התא. לאחר מכן מגיע שלב חלוקת התא.
ישנם שני סוגים של חלוקת תאים בתאים אאוקריוטים – מיטוזה ומיוזה. תאים סומטיים או לא רבייתיים מייצרים תאי בת באמצעות חלוקה מיטוטית. מיטוזה היא החלוקה הגרעינית והיא מורכבת מחמישה שלבים: פרופאזה, פרומטאפאזה, מטאפאזה, אנאפאזה, וטלופזה במהלך הפרופזה, מולקולות דנ"א משוכפלות מתעבות לכרומוזומים צפופים, בעוד מיקרוטובולים יוצרים צירים. המעטפת הגרעינית מתמוססת בפרומטאפאזה. במהלך המטאפאזה, כרומוזומים המחוברים לצירים מסתדרים בשורה לאורך קו המשווה של התאים. במהלך אנאפאזה, כרומטידים אחים נמשכים לקטבים מנוגדים של התא. לבסוף, במהלך הטלופזה, נוצרות מעטפות גרעיניות חדשות סביב שתי קבוצות הכרומוזומים. לאחר השלמת החלוקה הגרעינית, הציטופלסמה סביב כל גרעין נפרדת זה מזה באמצעות ציטוקינזיס, וכתוצאה מכך נוצרים שני תאי בת זהים.
הסוג השני של חלוקת תאים אאוקריוטים נקרא מיוזה, שהיא ספציפית לתאי רבייה. מיוזה מייצרת ארבעה תאי בת שכל אחד מהם מכיל רק מחצית מהתוכן הגנטי של תא ההורה. בתהליך זה התא משכפל את הדנ"א שלו במהלך שלב הביניים ולאחר מכן משלים שתי חלוקות תאים עוקבות המפצלות תאים משתיים לארבעה תאים, בהתאמה. חלוקות תאים עוקבות אלה נקראות מיוזה I ומיוזה II, שתיהן מורכבות מכל השלבים משלב ההפקה ועד לשלב הטלופאזה. חילופי החומר הגנטי בין קבוצות הכרומטידים שאינם אחים מתרחשים במהלך שלב I בתהליך הנקרא חצייה. זוגות כרומוזומים הומולוגיים מיושרים לאורך קו המשווה של התא במהלך מטא-פאזה I ומתרחקים זה מזה במהלך אנאפאזה I. גרעיני בת הפלואידים נוצרים במהלך הטלופזה I. ציטוקינזיס מתרחשת בדרך כלל לפני מיוזה II, אולם כמעט אף פעם לא מתרחשת הפסקה בין שתי החלוקות העוקבות. מיוזה II דומה מאוד למיטוזה ומפרידה כרומטידים אחים. בסוף המיוזה, ארבעה תאי בת הפלואידים נוצרים. תאים אלה נקראים גמטות ויוצרים את תאי הזרע או הביצית.
חלוקת התא מווסתת היטב חיצונית ופנימית. רגולציה חיצונית מבטיחה את נחיצות החלוקה. לדוגמה, תאי רירית הקיבה מתחלקים לעתים קרובות כדי לענות על הצורך המתמשך בתאים חדשים שיחליפו תאים פגומים. באופן דומה, רקמות פגועות עשויות לחוות שיעורים גבוהים יותר של חלוקת תאים כדי להחליף תאים פגומים, אך רק לפרק זמן מסוים, כל עוד קיימים האותות החיצוניים לכוון את חלוקת התא. ויסות פנימי של חלוקת התא מבטיח את בריאותם של תאי הבת. ישנם מחסומים רבים בתוך שלבים של מחזור התא המווסתים את המעבר של התא משלב אחד למשנהו. לדוגמה, מנגנוני בקרת איכות מאפשרים לתא להתקדם משלב G1 לשלב S רק אם הדנ"א שלם ומתאים לשכפול. באופן דומה, נקודת ביקורת ב-G2 מאפשרת לתאים להתקדם לשלב המיטוזה (שלב M) רק אם הדנ"א שוכפל באופן מלא ומדויק. כמו כן, מחסום מטאפאזי מבטיח שהכרומוזומים מחוברים לצירים ומיושרים כראוי לפני שהאנאפאזות יכולות להתחיל. תא שנכשל במחסום עלול להיות מטרה לאפופטוזיס אם התא אינו מסוגל לתקן את הטעות.
מוטציות מסוימות מאפשרות לתאים להתחלק גם כאשר אין אות המכוון את חלוקת התא. לדוגמה, גנים מדכאי גידולים מונעים תאים מחלוקה בלתי מבוקרת ומוטציה בגנים אלה משחררת עיכוב זה. חלוקת תאים חריגה זו, אם אינה מבוקרת, עלולה לגרום להיווצרות גידול ובמקרים מסוימים להוביל לסרטן. כאחד הגורמים המובילים למוות בארצות הברית, סרטן ללא ספק יש השפעה גדולה על החברה. הסיכון לסרטן לכל החיים עולה עם הגיל ככל שמוטציות בדנ"א מצטברות עם הזמן, במיוחד עבור סרטן השד, הריאות, הערמונית והמעי הגס1. לפיכך, מחקר מתמשך על חלוקת תאים חיוני לשיפור גילוי סרטן, טיפול, ובסופו של דבר למניעה. למעשה, הטיפולים הנוכחיים לטיפול בסרטן מנצלים את הידע של מנגנוני חלוקת התא, כגון מנגנוני מיקוד המעורבים בחלוקת התא. לדוגמה, תרופות פלטינה כגון ציספלטין נקשרות לדנ"א ועוצרות את שכפול הדנ"א, בעוד טקסנים כגון פקליטקסל נקשרים למיקרוטובולים ומעכבים פירוק ציר ובכך עוצרים את חלוקת התא2.
הבנה של מחזור התא ומנגנוני חלוקת התא חשובה גם כדי להבין ולפתח טיפולים למצבים המשפיעים על תאים שאינם מתחלקים. כיום, פציעות במערכת העצבים או בלב יכולות להיות בעלות השפעות מתישות מכיוון שלא ניתן להחליף תאי עצב ושריר פגועים. עם זאת, פגיעה ברקמת העצבים קשורה להפעלת מסלולי מחזור התא בתאי עצב ותמיכה בתאי גלייה. באופן מעניין, עיכוב של מסלולי מחזור תאים אלה מפחית את היווצרות צלקות הגליה ואת הנזק המשני לאחר פציעה. לכן, הבנת הרגולציה של מחזור התא וחלוקת התא היא הכרחית כדי להבין את התנאים הבריאים והחולים של כל מערכות האיברים3.
מחזור התא מתייחס לרצף האירועים לאורך חייו של תא טיפוסי - הכולל גדילה, שכפול DNA והכנה לחלוקת תאים. עבור אורגניזמים המתרבים מינית, החיים מתחילים כזיגוטה, ביצית מופרית. עם הזמן, התא הבודד המקורי גדל ומתחלק בצורה מבוקרת כדי לייצר פרט רב-תאי ומורכב. התאים ממשיכים בתהליך זה, במיוחד כדי לשמור ולתקן רקמות במהלך ההזדקנות.
עכשיו בואו נסתכל מקרוב. באיקריוטים, DNA דו-גדילי מאורגן במיוחד בתוך גרעין הקשור לממברנה כדי להכיל את המרחב המוגבל של התא. ברמת הדחיסה, הדנ"א עטוף היטב סביב חלבונים ספציפיים הנקראים היסטונים. שילוב זה של חלקיקי חלבון DNA חוזר על עצמו ונארז במערכים המכונים נוקלאוזומים, אשר יחד עם DNA מקשר יוצרים סיבי כרומטין מפותלים. לבסוף, חלבונים סיביים נוספים דוחסים את הכרומטין עוד יותר, ואורזים אורכים ארוכים של DNA ליחידות צפופות. מוכר ככרומוזומים, תלוי בשלב חלוקת התא.
כדי להתכונן לחלוקה, התאים חייבים לעבור אינטרפאזה, המחולקת לשלושה שלבים. G1, S ו-G2. ב-G1, שלב הפער הראשון, תא בת חדש שנוצר גדל בגודלו ומתכונן לשכפול DNA בשלב הבא. כעת ב-S, שלב הסינתזה, התאים משכפלים את ה-DNA הגרעיני שלהם, שנשאר ארוז ככרומטין. תאים גם משכפלים את הצנטרוזומים, המבנים המארגנים מיקרו-צינוריות היוצרים את מנגנון הציר המיטוטי. לבסוף, ב-G2, שלב הפער השני, התאים ממשיכים לגדול, להכפיל אברונים וחלבונים הדרושים למיטוזה ולחדש את מאגרי האנרגיה שלהם. התא מוכן כעת להיכנס לשלב הראשון של המיטוזה.
מיטוזה, המורכבת מחמישה שלבים ייחודיים, היא צורת חלוקה שבה החומר הגנטי של התא מחולק בין שני תאי בת. תחילה במהלך הפרופאזה בבני אדם, כרומטין גרעיני מתעבה לכרומוזומים בצורת X, המורכבים מזוגות כרומטידים אחיים המחוברים בצמתים צנטרומריים. במקביל מחוץ לגרעין, צנטרוזומים נודדים לצדדים מנוגדים של התא. תוך כדי כך, מוטות מיקרו-צינורות מתחילים לצמוח מכל אחד מהם. או כלפי פנים התא או כלפי חוץ, ויוצר מנגנון ציר דמוי רשת. לאחר מכן, המעטפת הגרעינית מתמוססת במהלך הפרומטאפאזה, וחושפת את הכרומוזומים לתכנים האחרים של התא. מבני חלבון מופיעים גם משני צידי הצנטרומרים, אחד לכל כרומטיד. ברגע שהקינטוכורות הללו נוצרות, מיקרו-צינורות פנימיים מורחבים מתחברים אליהם, כאשר כל כרומטיד אחות קשור לקוטב אחר.
לאחר מכן המיטוזה מתקדמת למטאפאזה, שבה מנגנון הציר מסדר מחדש את הכרומוזומים כך שהם מכוונים באופן דומה בשורה קבועה לאורך קו המשווה של התא. במהלך אנאפאזה, מיקרו-צינורות מודבקים בקינטוכור מתקצרים. וכרומטידות אחיות, המכונות כיום כרומוזומים, נגררות זו מזו. דינמיקה זו ואחרות של מיקרו-צינורות גם מאריכה את התא. לבסוף, הכרומוזומים נוחתים בצידי תאים מנוגדים במהלך הטלופאז. ומנגנון הציר מתפרק. החומר הגנטי מתרופף, ונוצרות שתי מעטפות גרעיניות, אחת סביב כל קבוצת כרומוזומים. במהלך הטלופאז, תהליך מובהק, לא טכנית שלב של מיטוזה, הנקרא ציטוקינזיס, מחלק גם את התא. לפיכך, התוצאה הסופית של המיטוזה היא זוג תאים זהה גנטית לקודמם.
למרבה הצער, מוטציות עלולות לגרום נזק לגנים השולטים בוויסות מחזור התא, מה שמוביל לחלוקת התאים ללא בקרה. במקרה זה, כל חלוקת תאים עוקבת מייצרת תאי בת עם נזק גדול עוד יותר... ויסות הגדילה הלקוי מוביל בסופו של דבר להיווצרות מסות תאים הנקראות גידולים.
במעבדה זו תבחנו את השלבים השונים של המיטוזה באמצעות תאי קצה שורש בצל. ואז לבחון מה קורה כאשר השליטה במחזור התא אובדת.
