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11.3: Méiose II
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Meiosis II
 
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11.3: Meiosis II

11.3: Méiose 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.

La méiose II est la deuxième et dernière étape de la méiose. Il s’appuie sur les cellules haploïdes produites pendant la méiose I, dont chacune ne contient que 23 chromosomes, dont un de chaque paire initiale homologue. Fait important, chaque chromosome de ces cellules est composé de deux copies jointes, et lorsque ces cellules entrent dans la méiose II, le but est de séparer ces chromatides sœurs en utilisant le même réseau basé sur les microtubules utilisé dans d’autres processus de division. Le résultat de la méiose II est deux cellules haploïdes, chacune ne contenant qu’une seule copie des 23 chromosomes. Selon que le processus se produit chez les mâles ou les femelles, ces cellules peuvent former des ovules ou du sperme, qui, lorsqu’elles sont jointes par le processus de fécondation, peuvent donner un nouveau diploïde.

Meiosis II, cellules d’oeufs humaines et l’appareil de fuseau meiotique

Bien que l’objectif de la méiose II soit le même chez les mâles et les femelles — pour produire des ovules haploïdes ou des spermatozoïdes — il existe des différences critiques dans ce processus entre les sexes. Par exemple, dans les cellules précurseurs de l’œuf d’une femme, l’appareil de fuseau méiotique responsable de la séparation des chromatides sœurs se forme d’un côté, près de la périphérie. Cette asymétrie permet de produire deux cellules de tailles inégales à la suite de la méiose II : un gros œuf et un corps polaire plus petit qui se dissout. Cette division du cytoplasme garantit que l’œuf contient suffisamment de nutriments pour soutenir un embryon.

La position de l’appareil méiotique de fuseau est préoccupante pour les scientifiques impliqués dans les technologies de reproduction assistée, comme l’injection intracytoplasmique de sperme (ICSI). L’ICSI, utilisé pour aider les couples souffrant d’infertilité, implique une aiguille pour insérer un seul spermatozoïde directement dans le cytoplasme d’un ovule. Les embryologistes doivent prendre soin d’éviter l’injection dans la zone de l’appareil de fuseau méiotique, car cela pourrait endommager le cadre de microtubule et conduire à un nombre anormal de chromosomes dans l’embryon résultant. Par conséquent, les embryologistes effectuant l’ICSI prédisent généralement l’emplacement du fuseau en fonction de la position du corps polaire ou visualisent directement la structure en utilisant des techniques comme la microscopie lumineuse polarisée.

Une autre caractéristique unique de la méiose féminine est que les cellules précurseurs de l’œuf subissent l’arrêt du cycle cellulaire, d’abord dans la prophase I, puis dans la métaphase II. À la puberté, les hormones sexuelles féminines libèrent les ovocytes de la prophétie que j’arrête, et la méiose II commence. Par la suite, les ovocytes arrêtés dans la métaphase II sont libérés de l’ovaire dans la trompe de Fallope, où la méiose ne reprend que si la fécondation se produit. Cela signifie que l’appareil de fuseau méiotique est formé et associé aux chromosomes, mais ne complète pas le processus de séparation des chromatides sœurs jusqu’à ce qu’une cellule précurseur de sperme et d’ovule se joignent.

L’arrestation de la méiose II pose un défi unique aux femmes qui choisissent de faire congeler leurs ovules, car de nombreux protocoles de fécondation in vitro exigent que ces cellules soient isolées pendant la métaphase II, puis congelées. Étant donné que les problèmes avec le fuseau méiotique peuvent causer des anomalies chromosomiques comme la trisomie, des recherches considérables ont été consacrées à déterminer quelles procédures de congélation des œufs n’ont que des effets minimes sur cette structure. Pour diminuer les dommages causés aux œufs, des techniques ont été développées lorsque le sucre ou d’autres agents de cryoconservation sont ajoutés au milieu de congélation, ce qui limite la formation de cristaux de glace qui peuvent nuire aux cellules lors du dégel.


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