Eine Einführung in die Zellteilung

Cell Biology

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Summary

Zellteilung ist der Prozess, durch den eine Mutterzelle teilt und gibt Anlass zu zwei oder mehr Tochterzellen. Es ist ein Mittel der Reproduktion für einzellige Organismen. In mehrzelligen Organismen trägt Zellteilung für Wachstum, Entwicklung, Reparatur und die Generation von Keimzellen (Spermien und Eiern). Zellteilung ist ein streng regulierten Prozess und aberrante Zellteilung Krankheiten, insbesondere Krebs verursachen können.

Jupiters Einführung in die Zellteilung wird eine kurze Geschichte der Wahrzeichen Entdeckungen auf dem Gebiet abdecken. Wir diskutieren einige wichtige Fragen und Methoden, wie z. B. Zellzyklus Analyse und live Cell Imaging. Zu guter Letzt präsentieren wir einige aktuelle Anwendungen dieser Techniken in der Zellteilung Forschung.

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JoVE Science Education Database. Cell Biology. Eine Einführung in die Zellteilung. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Zellteilung ist ein Verfahren, mit denen eine Zelle mindestens zwei Tochterzellen produziert. Einzellige Organismen wie Hefe, vermehren sich durch Zellteilung, während vielzellige Organismen, wie wir den gleichen Prozess verwenden zu entwickeln, wachsen und pflegen unser Gewebe. Kenntnisse der normalen Zellteilung welche Kontrollen ist von entscheidender Bedeutung für das Verständnis, wie Störungen des Phänomens pathologische Prozesse initiieren kann.

Dieses Video präsentiert eine kurze Geschichte der Entdeckungen auf dem Gebiet der Zellteilung, hebt wichtige Fragen von Zellbiologen Beiträge prominenter Hilfsmittel und präsentiert einige heutige Anwendungen.

Zunächst einige Wahrzeichen Studien, die den Grundstein der Zellteilung Forschung zu überprüfen.

Die Existenz von Zellen wurde zuerst in den 1600 von Anton van Leeuwenhoek und Robert Hooke berichtet. Gestärkt durch Innovationen in der Mikroskopie, zogen sie wieder den Schleier auf die unsichtbare mikroskopische Welt. Die erste Beobachtung, die Zellen teilen könnte wurde in den 1830ern von beiden Botaniker, Barthélemy Dumortier und Hugo von Mohl, der entdeckt, dass eine Pflanzenzelle kann Anlass zu zwei dividiert. Nach dieser Entdeckung im Jahre 1838, ein Botaniker — Matthias Jakob Schleiden — und ein Physiologe — Theodor Schwann – Ähnlichkeiten in pflanzliche und tierische Zellen beobachtet. Dies führte Schwann, die zwei Grundsätze der Zelltheorie, zuerst zu postulieren: "alle lebenden Organismen bestehen aus einer oder mehreren Zellen"; zweite: "Zellen sind die Grundbausteine allen Lebens." Fast zwanzig Jahre später, ein Arzt namens Rudolf Virchow veröffentlicht den dritten Grundsatz der Zelle Theorie, die erklärt: "alle Zellen entstehen aus bereits vorhandenen Zellen."

1876 beobachtet Walther Flemming, beim Anzeigen von Zellteilung, Trennung von fadenförmigen Strukturen. Daher, er prägte den Begriff "Mitose", abgeleitet aus dem griechischen Wort Mitos Bedeutung Thread. Später entdeckt Edouard Van Beneden und Heinrich Theodor Boveri, dass diese Threads sind eigentlich Chromosomen, die mit Hilfe von Mikrotubuli aus Strukturen, die jetzt bekannt als Zentrosomen aufgeteilt sind. Beneden, zusammen mit Oscar Hertwig und August Weismann, erklärte auch Meiose – eine andere Art der Division, die Zellen wie Gameten produziert. Sie zeigten, dass die Meiose, im Gegensatz zu Mitose, eine Runde, der DNA-Replikation, sondern zwei Runden der Zellteilung, wodurch Halbierung der Chromosomenzahl von den Eltern an die Tochterzellen beinhaltet.

In der zweiten Hälfte des zwanzigsten Jahrhunderts interessierte Wissenschaftler Regulierung des Zellzyklus, ein Prozess, in dem eine Zelle durchläuft eine Reihe von Phasen zu seiner Division. Eines der wichtigsten Entdeckungen in diesem Bereich kam 1972 von Leland Hartwell und Kollegen. Mit Hefestämme, zeigten sie, dass gibt es Gene, die eine wichtige Rolle in der Führung der Zellen durch die Phasen des Zellzyklus und Dr. Hartwell nannte sie als die Zellteilung Zyklus Gene oder "cdc."

Eine weitere Entdeckung kam im Jahr 1983 von Tim Hunt, der Seeigel studiert wurde. Er identifizierte Proteine, die in ihrer Fülle im Gleichtakt mit der Zellzyklus-Phasen zu oszillieren. Aufgrund ihrer oszillierende Natur er nannte diese Proteine als "Cyclins", und jetzt wissen wir, dass Cyclin wichtige Regulatoren des Zellzyklus. Vier Jahre später, Sir Paul Nurse und Kollegen zufolge cdc-Gene in bestimmten cdc2, wurde hoch konserviert zwischen Mensch und Hefen. Zusammen, diese Entdeckungen deutlich erhöht unser Verständnis der Zellteilung und somit wurden auch verdientermaßen mit einem Nobelpreis 2001 belohnt.

Jetzt, wo wir einige historische Highlights überprüft haben, betrachten wir ein paar grundlegende Fragen mit Blick auf dem Gebiet der Zellteilung heute.

Wir beginnen mit vielleicht die größte Frage bei der Zellteilung: welche Gene und intrazellulären Signalwege Zellzyklus regulieren? Es ist bekannt, dass Doppelarbeit und Division durch eine Reihe von biochemischen Schalter gesteuert werden, die aktiviert oder deaktiviert die Zellzyklus-Prozesse. Forscher arbeiten daran, mehr Licht auf die Moleküle, die Einfluss auf die Progression oder Hemmung des Zellzyklus.

Biologen interessieren auch die Identifizierung der extrazellulären Faktoren, die zu stimulieren oder hemmen Zellteilung. Zellen können Zellteilung in Reaktion auf externe chemische Signale genannt Mitogene erhöhen. Wissenschaftler arbeiten, um zu verstehen, welche externe Signale stimulieren oder hemmen Zellteilung.

Abnorme Zellteilung führen zu erhöhten oder verringerten Zellvermehrung. Erhöhten Zellproliferation verursacht Krankheiten wie Krebs. Forscher haben entdeckt, dass Mutationen in bestimmten Genen als Onkogene bekannt ist Einleitung von Krebs beteiligt. Wissenschaftler haben darüber hinaus auch mehrere Proteine entdeckt, die eine entscheidende in der Tumorprogression Rolle. Jedoch mehrere Tumor-verursachenden Faktoren sind noch unbekannt, und Biologen streben hart, sie zu enthüllen.

Nun, da Sie eine Gefühl für einige unbeantworteten Fragen haben, schauen Sie bitte ein paar Recherche-Tools, die Biologen verwenden, um Antworten zu finden.

In einer Mischung aus aktiv teilenden Zellen kann der Anteil der Zellen, die in jeder Phase des Zellzyklus vorhanden durch Zellzyklus-Analyse ermittelt werden. Dies geschieht mit Hilfe von speziellen Farbstoffen, wie Bromodeoxyuridine oder BrdU. Es ist eine analoge Thymidin und integriert sich in die neu synthetisierte DNA-Strang während der DNA-Replikation. Daher bezeichnet es S Phase nur Zellen. Auf der anderen Seite fluoreszierende Verbindungen wie Propidium Idodide (PI) färben alle der DNA, aber die Menge von PI gebunden kann helfen, zwischen Zellen in verschiedenen Phasen zu unterscheiden. Der letzte Schritt ist der gefärbten Zellen mittels Durchflusszytometrie analysiert und gewonnenen Daten zeigt die Verteilung der Zellen unter verschiedenen Zellzyklus Phasen.

Fortschritte in der bildgebenden Verfahren jetzt erleichtern die direkte Beobachtung der Zellteilung. Wissenschaftler können jetzt beflecken Zellen unter Verwendung von Fluorescein Farbstoffe oder Genmanipulation um Expression fluoreszierende Proteine induzieren führen. Im Anschluss daran können sie direkt live beobachten Zellen geteilt mit Zeitraffer-Mikroskopie.

Zu guter Letzt haben Wissenschaftler auch entwickelte eine Methode, die Anzahl der Unterteilungen zu quantifizieren, die bestimmte Zellen innerhalb einer gemischten Zellpopulation unterzogen werden. Dies geschieht durch Verwendung von "quantifizierbare Tracking Farbstoffen." Diese Farbstoffe sind nützlich, weil das Signal erzeugen sie wird dunkler, als es durch Zellteilung verdünnt wird. Die abnehmende Fluoreszenzintensität kann verwendet werden, um Zellen in verschiedenen Generationen zu identifizieren. Darüber hinaus kann der Unterschied zwischen dem höchsten und dem niedrigsten Fluoreszenzintensität bieten Einblick in die Zellen wie oft Abteilung unterzog.

Nun, da Sie einige gemeinsame Ansätze zur Zellteilung studieren kennen, schauen Sie wie diese Methoden angewendet werden.

Wie bereits erwähnt, spielen Gene eine wichtige Rolle im Zellzyklus-Kontrolle. Hier untersuchten die Wissenschaftler die Auswirkungen der genetischen Mutation auf Zellteilung in Drosophila Larven. Sie führten genetische Kreuze um fliegen mit spezifischen Mutationen, und dann mit Zellzyklus Analyse beobachtet die Auswirkungen der Mutation im dritten Flügel Gewebe zu produzieren.

Mit Fluoreszenz-Mikroskopie, können Wissenschaftler auch direkt beobachten, wie Medikamente beeinflussen Zellteilung in der Krebstherapie. In diesem Experiment Forscher waren interessiert bei der Bestimmung, wie eine mögliche Droge, JP-34, Krebs Zellteilung betroffen. Ergebnisse zeigten, dass Krebszellen mit JP-34 behandelt mitotischen scheitern und Zelle Tod erfuhr.

Schließlich verwenden Wissenschaftler Tracking-Farbstoffe, um Unterschiede in Zelle Verbreitung zu identifizieren. Hier beschäftigt sie einen quantifizierbaren Tracking-Farbstoff, der Zellmembranen um Unterschiede bei der Zellteilung von verschiedenen Immunzellen zu studieren-Etiketten. Flow Cytometry Datenanalyse ergab, dass die Proliferationsrate zwischen verschiedenen Arten von Immunzellen unterscheidet.

Sie habe nur Jupiters Einführung in die Zellteilung beobachtet. In diesem Video haben wir einige der großen Entdeckungen bei der Zellteilung, wichtige Fragen gestellt von Zellbiologen heute prominente Werkzeuge in Zellteilung Labs und ihre aktuellen Anwendungen eingesetzt. Wie immer vielen Dank für das ansehen!

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