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11.3: Meiose II
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Meiosis II
 
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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 é a segunda e última etapa da meiose. Ele se baseia nas células haploides produzidas durante a meiose I, cada uma contendo apenas 23 cromossomos — um de cada par inicial homólogo. É importante ressaltar que cada cromossomo nessas células é composto por duas cópias unidas, e quando essas células entram na meiose II, o objetivo é separar essas cromátides irmãs usando a mesma rede baseada em microtúbulos empregada em outros processos de divisão. O resultado da meiose II são duas células haploides, cada uma contendo apenas uma cópia de todos os 23 cromossomos. Dependendo se o processo ocorre em machos ou fêmeas, essas células podem formar óvulos ou espermatozoides, o que — quando unidos através do processo de fertilização — pode produzir um novo indivíduo diploide.

Meiose II, Células de Ovos Humanos e o Aparelho de Fuso MeioTic

Embora o objetivo da meiose II seja o mesmo em machos e fêmeas — para produzir óvulos haploides ou células espermatozoides — existem algumas diferenças críticas nesse processo entre os sexos. Por exemplo, nas células precursoras do óvulo de uma mulher, o aparelho de fuso meiotic responsável pela separação de cromátides irmãs se forma para um lado, perto da periferia. Essa assimetria permite que duas células de tamanhos desiguais sejam produzidas após a meiose II: um ovo grande e um corpo polar menor que se dissolve. Esta divisão de citoplasma garante que o ovo contém nutrientes suficientes para suportar um embrião.

A posição do aparelho de fuso meiotic é preocupante para os cientistas envolvidos em tecnologias reprodutivas assistidas, como a injeção intracytoplasmática de espermatozoides (ICSI). O ICSI — usado para ajudar casais que experimentam infertilidade — envolve uma agulha para inserir um único espermatozoide diretamente no citoplasma de um óvulo. Os embriologistas devem tomar cuidado para evitar a injeção na área do aparelho de fuso meiotic, pois isso pode danificar a estrutura do microtúbulo e levar a um número anormal de cromossomos no embrião resultante. Portanto, os embriologistas que realizam ICSI normalmente prevêem a localização do fuso com base na posição do corpo polar ou visualizam diretamente a estrutura usando técnicas como microscopia de luz polarizada.

Outra característica única da meiose feminina é que as células precursoras dos óvulos sofrem a prisão do ciclo celular, primeiro em prophase I, e depois na metafasia II. Na puberdade, os hormônios sexuais femininos liberam as células óvulos da prophase eu prendo, e a meiose II começa. Posteriormente, as células de óvulos presas na metafase II são liberadas do ovário para o tubo falópio, onde a meiose só é retomada se a fertilização ocorrer. Isso significa que o aparelho de fuso meiotic é formado e associado a cromossomos, mas não completa o processo de separação de cromátides irmãs até depois de uma junta de células precursoras de espermatozoides e óvulos.

A prisão da meiose II representa um desafio único para as mulheres que optam por ter seus óvulos congelados, já que muitos protocolos de fertilização in vitro exigem que essas células sejam isoladas durante a metafase II e depois congeladas. Dado que problemas com o fuso meiotic podem causar anormalidades cromossômicas como trissomias, pesquisas consideráveis têm sido dedicadas a determinar quais procedimentos de congelamento de óvulos têm apenas efeitos mínimos nesta estrutura. Para diminuir os danos aos ovos, técnicas foram desenvolvidas onde o açúcar ou outros agentes criopreservadores são adicionados ao meio de congelamento, o que limita a formação de cristais de gelo que podem prejudicar as células após o descongelamento.


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