Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

11.3: Meiose II
INHOUDSOPGAVE

JoVE Core
Biology

This content is Free Access.

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

11.3: Meiosis II

11.3: Meiose II

Meiosis II is the second and final stage of meiosis. It relies on the haploid cells produced during meiosis I, each of which contain only 23 chromosomes—one from each homologous initial pair. Importantly, each chromosome in these cells is composed of two joined copies, and when these cells enter meiosis II, the goal is to separate such sister chromatids using the same microtubule-based network employed in other division processes. The result of meiosis II is two haploid cells, each containing only one copy of all 23 chromosomes. Depending on whether the process occurs in males or females, these cells may form eggs or sperm, which—when joined through the process of fertilization—may yield a new diploid individual.

Meiosis II, Human Egg Cells and the Meiotic Spindle Apparatus

Although the goal of meiosis II is the same in both males and females—to produce haploid egg or sperm cells—there are some critical differences in this process between the sexes. For example, in a woman’s egg precursor cells, the meiotic spindle apparatus responsible for separating sister chromatids forms off to one side, near the periphery. This asymmetry allows for two cells of unequal sizes to be produced following meiosis II: a large egg, and a smaller polar body that dissolves. This division of cytoplasm ensures that the egg contains enough nutrients to support an embryo.

The position of the meiotic spindle apparatus is of concern for scientists involved in assisted reproductive technologies, like intracytoplasmic sperm injection (ICSI). ICSI—used to aid couples experiencing infertility—involves a needle to insert a single sperm directly into an egg’s cytoplasm. Embryologists must take care to avoid injection into the area of the meiotic spindle apparatus, as this could damage the microtubule framework and lead to an abnormal number of chromosomes in the resulting embryo. Therefore, embryologists performing ICSI typically predict the location of the spindle based on the position of the polar body or directly visualize the structure using techniques like polarized light microscopy.

Another unique feature of female meiosis is that the egg precursor cells undergo cell cycle arrest, first in prophase I, and then in metaphase II. At puberty, female sex hormones release the egg cells from prophase I arrest, and meiosis II begins. Subsequently, egg cells arrested in metaphase II are released from the ovary into the fallopian tube, where meiosis only resumes if fertilization occurs. This means that the meiotic spindle apparatus is formed and associated with chromosomes, but does not complete the process of separating sister chromatids until after a sperm and egg precursor cell join.

The arrest of meiosis II poses a unique challenge to women who choose to have their eggs frozen, as many in vitro fertilization protocols require that these cells be isolated during metaphase II and then frozen. Given that problems with the meiotic spindle can cause chromosomal abnormalities like trisomies, considerable research has been dedicated to determining which egg-freezing procedures have only minimal effects on this structure. To diminish damage to eggs, techniques have been developed where sugar or other cryopreservation agents are added to the freezing medium, which limits the formation of ice crystals that can harm cells upon thawing.

Meiose II is de tweede en laatste fase van meiose. Het is gebaseerd op de haploïde cellen die worden geproduceerd tijdens meiose I, die elk slechts 23 chromosomen bevatten - één van elk homoloog initieel paar. Belangrijk is dat elk chromosoom in deze cellen is samengesteld uit twee samengevoegde kopieën, en wanneer deze cellen meiose II ingaan, is het doel om dergelijke zusterchromatiden te scheiden met behulp van hetzelfde op microtubuli gebaseerde netwerk dat wordt gebruikt in andere deelprocessen. Het resultaat van meiose II is twee haploïde cellen, die elk slechts één kopie van alle 23 chromosomen bevatten. Afhankelijk van of het proces plaatsvindt bij mannen of vrouwen, kunnen deze cellen eitjes of sperma vormen, die - wanneer ze door het bevruchtingsproces worden samengevoegd - een nieuw diploïde individu kunnen opleveren.

Meiose II, menselijke eicellen en het meiotische spilapparaat

Hoewel het doel van meiose II hetzelfde is bij zowel mannen als vrouwen - om haploïde eicellen of zaadcellen te produceren - zijn er enkele kritische verschillen in dit proces tusseneen de seksen. In de eiprecursorcellen van een vrouw vormt het meiotische spilapparaat dat verantwoordelijk is voor het scheiden van zusterchromatiden zich bijvoorbeeld naar één kant, nabij de periferie. Door deze asymmetrie kunnen na meiose II twee cellen van ongelijke grootte worden geproduceerd: een groot ei en een kleiner poollichaam dat oplost. Deze verdeling van cytoplasma zorgt ervoor dat het ei voldoende voedingsstoffen bevat om een embryo te ondersteunen.

De positie van het meiotische spilapparaat is van belang voor wetenschappers die betrokken zijn bij kunstmatige voortplantingstechnologieën, zoals intracytoplasmatische sperma-injectie (ICSI). ICSI - gebruikt om paren met onvruchtbaarheid te helpen - omvat een naald om een enkel sperma rechtstreeks in het cytoplasma van een eicel te brengen. Embryologen moeten ervoor zorgen dat injectie in het gebied van het meiotische spilapparaat wordt vermeden, aangezien dit het microtubuli-raamwerk kan beschadigen en kan leiden tot een abnormaal aantal chromosomen in het resulterende embryo. Daarom voeren embryologen IC uitSI voorspelt typisch de locatie van de spil op basis van de positie van het poollichaam of visualiseert de structuur direct met behulp van technieken zoals gepolariseerd lichtmicroscopie.

Een ander uniek kenmerk van vrouwelijke meiose is dat de eiprecursorcellen een celcyclusstop ondergaan, eerst in profase I en daarna in metafase II. In de puberteit geven vrouwelijke geslachtshormonen de eicellen vrij uit profase I-arrestatie en begint meiose II. Vervolgens worden in metafase II gearresteerde eicellen uit de eierstok vrijgelaten in de eileider, waar de meiose pas hervat als de bevruchting plaatsvindt. Dit betekent dat het meiotische spilapparaat wordt gevormd en geassocieerd met chromosomen, maar het proces van het scheiden van zusterchromatiden pas voltooit nadat een zaadcel en een eiprecursorcel zijn samengevoegd.

De arrestatie van meiose II vormt een unieke uitdaging voor vrouwen die ervoor kiezen hun eicellen te laten invriezen, aangezien veel in-vitrofertilisatieprotocollen vereisen dat deze cellen worden geïsoleerd tijdens metafase II en vervolgensbevroren. Aangezien problemen met de meiotische spil chromosomale afwijkingen zoals trisomieën kunnen veroorzaken, is er veel onderzoek gedaan om te bepalen welke procedures voor het invriezen van eieren slechts minimale effecten hebben op deze structuur. Om schade aan eieren te verminderen, zijn technieken ontwikkeld waarbij suiker of andere cryoconserveringsmiddelen worden toegevoegd aan het vriesmedium, waardoor de vorming van ijskristallen wordt beperkt die cellen kunnen beschadigen bij het ontdooien.


Aanbevolen Lectuur

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

Waiting X
simple hit counter