Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

11.2: Meiose I
INHOUDSOPGAVE

JoVE Core
Biology

This content is Free Access.

Education
Meiosis I
 
Deze voice-over is door de computer gegenereerd
TRANSCRIPT

11.2: Meiosis I

11.2: Meiose I

Meiosis is a carefully orchestrated set of cell divisions, the goal of which—in humans—is to produce haploid sperm or eggs, each containing half the number of chromosomes present in somatic cells elsewhere in the body. Meiosis I is the first such division, and involves several key steps, among them: condensation of replicated chromosomes in diploid cells; the pairing of homologous chromosomes and their exchange of information; and finally, the separation of homologous chromosomes by a microtubule-based network. This last step segregates homologs between two haploid precursor cells that may subsequently enter the second phase of meiosis, meiosis II.

Crossing Over and the Synaptonemal Complex

The exchange of equivalent segments between homologous chromosomes occurs early on during meiosis I, and is referred to as crossing over. This process relies on the close association of such homologs, which are drawn together by the formation of a connective protein framework called the synaptonemal complex between them. To function correctly, the complex requires three parts: (1) vertical lateral elements, which form along the inward-facing sides of two juxtaposed homologous chromosomes; (2) a vertical central element positioned between the chromosomes; and (3) transverse filaments, or horizontal protein threads that connect the vertical and central components. The result has often been compared to a ladder, with the lateral elements serving as the legs and the transverse filaments akin to rungs. Importantly, the synaptonemal complex helps to precisely align homologous chromosomes, enabling crossing over between equivalent stretches of genetic material; however, this framework is transient, with most of it dissolving after such recombination occurs.

Meiosis and Chromosomal Abnormalities

Meiosis is a complicated process, and errors can happen despite cellular safeguards. Occasionally, such mistakes are the result of nondisjunction, where chromosomes are not evenly partitioned between cells. During meiosis I, this means that a pair of homologous chromosomes may end up in one of the two resulting cells, while the other lacks the chromosome altogether. When the precursor that received both homologs enters and completes meiosis II, both daughter cells formed possess two copies of the chromosome in question, rather than the single copy expected.

One of the more well-known results of nondisjunction occurring during meiosis I is trisomy 21, in which an individual has three copies of chromosome 21. Commonly known as Down syndrome, this condition is characterized by distinct facial features, developmental delays, and heart defects. Although the exact cause of nondisjunction resulting in Down syndrome and other trisomies is variable, it may be the result of problems with the microtubule apparatus that separates the chromosomes, or defects in proteins that join chromosomes together.

Meiose is een zorgvuldig georkestreerde reeks celdelingen, waarvan het doel - bij mensen - is om haploïde sperma of eieren te produceren, die elk de helft van het aantal chromosomen bevatten dat aanwezig is in somatische cellen elders in het lichaam. Meiose I is de eerste divisie van deze soort en omvat verschillende belangrijke stappen, waaronder: condensatie van gerepliceerde chromosomen in diploïde cellen; het paren van homologe chromosomen en hun uitwisseling van informatie; en tenslotte de scheiding van homologe chromosomen door een op microtubuli gebaseerd netwerk. Deze laatste stap scheidt homologen tussen twee haploïde voorlopercellen die vervolgens de tweede fase van meiose, meiose II, kunnen ingaan.

Crossing Over en het Synaptonemal Complex

De uitwisseling van equivalente segmenten tussen homologe chromosomen vindt vroeg in de meiose I plaats en wordt cross-over genoemd. Dit proces berust op de nauwe associatie van dergelijke homologen, die samen worden getrokken door de vorming van een verbindend eiwitframework genaamd het synaptonemale complex tussen hen. Om correct te kunnen functioneren, heeft het complex drie onderdelen nodig: (1) verticale laterale elementen, die langs de naar binnen gerichte zijden van twee naast elkaar geplaatste homologe chromosomen vormen; (2) een verticaal centraal element gepositioneerd tussen de chromosomen; en (3) transversale filamenten, of horizontale proteïnedraden die de verticale en centrale componenten verbinden. Het resultaat is vaak vergeleken met een ladder, waarbij de laterale elementen dienen als de benen en de dwarse filamenten als sporten. Belangrijk is dat het synaptonema-complex helpt om homologe chromosomen nauwkeurig op één lijn te brengen, waardoor het mogelijk wordt om over te steken tussen gelijkwaardige stukken genetisch materiaal; dit raamwerk is echter van voorbijgaande aard, en het meeste lost op nadat een dergelijke recombinatie heeft plaatsgevonden.

Meiose en chromosomale afwijkingen

Meiose is een ingewikkeld proces en ondanks cellulaire beveiligingen kunnen fouten optreden. Af en toe zijn dergelijke fouten het gevolg van nondisjunction, waar chromosomen niet gelijkmatig over cellen zijn verdeeld. Tijdens meiose I betekent dit dat een paar homologe chromosomen in een van de twee resulterende cellen terecht kan komen, terwijl de andere het chromosoom helemaal mist. Wanneer de precursor die beide homologen ontving meiose II binnengaat en voltooit, bezitten beide gevormde dochtercellen twee kopieën van het chromosoom in kwestie, in plaats van de verwachte enkele kopie.

Een van de meer bekende resultaten van non-disjunctie die optreedt tijdens meiose I is trisomie 21, waarbij een persoon drie exemplaren van chromosoom 21 heeft. Deze aandoening, algemeen bekend als het syndroom van Down, wordt gekenmerkt door duidelijke gelaatstrekken, ontwikkelingsachterstanden en hartafwijkingen. . Hoewel de exacte oorzaak van non-disjunctie die resulteert in het syndroom van Down en andere trisomieën variabel is, kan dit het gevolg zijn van problemen met het microtubuli-apparaat dat de chromosomen scheidt, of defecten in eiwitten die chromosomen met elkaar verbinden.


Aanbevolen Lectuur

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter