細胞分裂

細胞周期とは、典型的な細胞の生涯を通じて、成長、DNA複製、細胞分裂の準備など、一連の事象を指します。有性生殖生物にとって、生命は受精卵である受精卵として始まります。時間が経つにつれて、その元の単一細胞は制御された方法で成長および分裂し、多細胞の複雑な個体を生み出します。細胞はこのプロセスを継続し、特に老化中に組織を維持および修復します。

それでは、詳しく見ていきましょう。真核生物では、二本鎖DNAは、細胞の限られたスペースに対応するために、膜結合した核内に特別に組織化されています。圧縮の最初のレベルでは、DNAはヒストンと呼ばれる特定のタンパク質にしっかりと巻き付けられます。このDNAタンパク質粒子の組み合わせは、その後、繰り返されてヌクレオソームと呼ばれる配列に詰め込まれ、ヌクレオソームはリンカーDNAとともにコイル状のクロマチン繊維を形成します。最後に、追加の繊維状タンパク質がクロマチンをさらに圧縮し、長いDNAを密集したユニットに詰め込みます。細胞分裂の段階に応じて染色体として認識されます。

分裂に備えるために、細胞は間期を経る必要がありますが、これは3つの段階に分けられます。G1、S、および G2。最初のギャップフェーズであるG1では、新しく生成された娘細胞のサイズが大きくなり、次のフェーズでのDNA重複に備えます。合成段階であるSでは、細胞は核DNAを複製し、その核DNAはクロマチンとしてパッケージ化されたままです。細胞はまた、有糸分裂紡錘体装置を形成する微小管組織化構造である中心体を複製します。最後に、第2のギャップ期であるG2では、細胞は増殖を続け、有糸分裂に必要な細胞小器官やタンパク質を増殖させ、エネルギー貯蔵を補充します。これで、細胞は有糸分裂の第一段階に入る準備が整いました。

5つのユニークなステージで構成される有糸分裂は、細胞の遺伝物質が2つの娘細胞間で分割される分裂の一形態です。まず、ヒトの前期には、核クロマチンが凝縮してX字型の染色体になり、セントロメア接合部に付着した姉妹染色分体ペアで構成されます。同時に核の外側では、中心体は細胞の反対側に移動します。そうすると、微小管桿体はそれぞれから成長し始めます。細胞の内部または外部に向かって、ウェブ状の紡錘体装置を形成します。次に、核膜は前中期に溶解し、染色体を細胞の他の内容物にさらします。タンパク質構造は、セントロメアの両側にも、染色分体ごとに1つずつ現れます。これらの動原体が形成されると、伸びる内部の微小管がそれらに固定され、各姉妹染色分体は異なる極につながれます。

その後、有糸分裂は中期に進行し、紡錘体装置が染色体を再配置して、染色体が細胞の赤道に沿って固定された列に同様に配向するようにします。後期には、動原体に付着した微小管が短くなります。そして、姉妹染色分体は、現在個別に染色体と呼ばれていますが、引き離されます。これらおよび他の微小管のダイナミクスも細胞を伸長させます。最後に、染色体は終期に反対側の細胞側に着地します。そして、スピンドル装置が解散します。遺伝物質が緩み、各染色体セットの周りに1つずつ、2つの核膜が形成されます。終期では、厳密には有糸分裂の段階ではない、細胞質分裂と呼ばれる明確なプロセスも細胞を分裂させます。したがって、有糸分裂の最終結果は、それらの前駆体と遺伝的に同一の細胞ペアです。

残念ながら、突然変異は細胞周期の調節を制御する遺伝子に損傷を与える可能性があり、細胞分裂が抑制されずに進行することにつながります。この場合、細胞分裂が連続するたびに、さらに損傷の大きい娘細胞が生成され、成長制御の失敗が最終的に腫瘍と呼ばれる細胞塊の形成につながります。

このラボでは、タマネギの根の先端細胞を使用して、有糸分裂のさまざまな段階を調べます。そして、細胞周期の制御が失われたときに何が起こるかを調べます。