Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Hücre bölünmesi tüm canlı organizmalar için temeldir ve büyüme ve gelişme için gereklidir. Tüm canlılar için temel bir üreme aracı olan hücre bölünmesi, organizmaların genetik materyallerini yavrularına aktarmalarına izin verir. Tek hücreli bir organizma için, hücresel bölünme tamamen yeni bir organizma oluşturur. Çok hücreli organizmalar için, hücresel bölünme, organizmanın genel gelişimi için yeni hücreler üretir ve aynı zamanda yaralanmadan zarar gören hücrelerin yerini alacak sağlıklı hücreler üretir. Çok hücreli organizmaların çoğalması, üreme hücreleri oluşturmak için hücre bölünmesini gerektirir.
Bir hücrenin bölünmesi için önce genetik içeriğini çoğaltması ve iki yavru hücreye bölmesi gerekir. Bu çoğaltma ve bölünme dizisine hücre döngüsü denir. Hücre döngüsünün detayları bir organizmadan diğerine değişir, ancak hücre bölünmesinin temel aşamaları evrenseldir.
Bir hücrenin yaşamının yaklaşık% 78'i İnterfazda geçer, büyür ve hücre bölünmesi için kendini hazırlar. İnterfazın kendisi üç alt faz içerir. Hücre bölünmesinden hemen sonra, yeni oluşan bir hücre, İnterfazın Boşluk 1 veya G1 kısmına girer. G1 sırasında, hücreler aktif olarak büyür ve çoğu durumda belirli işlevleri yerine getirmek için farklılaşır. Bu aşamada hücre, bölünüp bölünmeyeceğini belirlemek için iç ve dış sinyallere duyarlıdır. Nöronlar gibi bazı hücreler, farklılaşmadan sonra hücre bölünmesine devam etmez ve ölene kadar G1'de kalır. Hücre, hücre bölünmesine devam etmek için kriterleri karşıladığında, hücrenin tüm genomunu kopyaladığı İnterfazın sentezine veya S aşamasına girer. Daha sonra hücre, hücre bölünmesi için gerekli tüm proteinleri sentezlemek için Boşluk 2 veya G2 fazına girer. Bunu hücre bölünmesi aşaması takip eder.
Ökaryotik hücrelerde mitoz ve mayoz olmak üzere iki tür hücre bölünmesi vardır. Somatik veya üreme dışı hücreler, mitotik bölünme yoluyla yavru hücreler üretir. Mitoz nükleer bölünmedir ve beş aşamadan oluşur: profaz, prometafaz, metafaz, anafaz ve telofaz Profaz sırasında, kopyalanmış DNA molekülleri sıkıca paketlenmiş kromozomlara yoğunlaşırken, mikrotübüller iğcikler oluşturur. Nükleer zarf prometafazda çözülür. Metafaz sırasında, iğlere bağlı kromozomlar, hücrelerin ekvatoru boyunca sıralanır. Anafaz sırasında, kardeş kromatitler hücrenin zıt kutuplarına çekilir. Son olarak, telofaz sırasında, her iki kromozom grubunun etrafında yeni nükleer zarflar oluşur. Nükleer bölünme tamamlandıktan sonra, her çekirdeğin etrafındaki sitoplazma, sitokinez yoluyla birbirinden ayrılır ve iki özdeş yavru hücre ile sonuçlanır.
Diğer ökaryotik hücre bölünmesi türü, üreme hücrelerine özgü olan mayoz bölünme olarak adlandırılır. Mayoz bölünme, her biri ana hücrenin genetik içeriğinin sadece yarısına sahip dört yavru hücre üretir. Bu süreçte hücre, İnterfaz sırasında DNA'sını kopyalar ve daha sonra hücreleri sırasıyla ikiden dört hücreye bölerek iki ardışık hücre bölünmesini tamamlar. Bu ardışık hücre bölünmelerine mayoz I ve mayoz II denir ve her ikisi de profazdan telofaza kadar tüm aşamalardan oluşur. Kardeş olmayan kromatit kümeleri arasındaki genetik materyal değişimi, profaz I sırasında, çaprazlama adı verilen bir süreçte gerçekleşir. Homolog kromozom çiftleri, metafaz I sırasında hücrenin ekvatoru boyunca hizalanır ve anafaz I sırasında birbirinden çekilir. Haploid yavru çekirdekler telofaz I sırasında oluşur. Sitokinez genellikle mayoz II'den önce meydana gelir, ancak interfaz neredeyse hiçbir zaman iki ardışık bölünme arasında gerçekleşmez. Mayoz II, mitoza çok benzer ve kardeş kromatitleri ayırır. Mayoz bölünmenin sonunda dört haploid yavru hücre oluşur. Bu hücrelere yavru hücreler gamet denir ve sperm veya yumurta hücrelerini oluşturur.
Hücre bölünmesi dışarıdan ve içeriden sıkı bir şekilde düzenlenir. Dış düzenleme, bölünmenin gerekliliğini garanti eder. Örneğin, mide zarının hücreleri, hasarlı hücrelerin yerini alacak yeni hücrelere olan devam eden ihtiyacı karşılamak için sık sık bölünür. Benzer şekilde, yaralı dokular, hasarlı hücrelerin yerini almak için daha yüksek hücre bölünmesi oranları yaşayabilir, ancak hücre bölünmesini yönlendirmek için dış sinyaller mevcut olduğu sürece yalnızca belirli bir süre için. Hücre bölünmesinin iç düzenlemesi, yavru hücrelerin sağlığını sağlar. Hücre döngüsünün aşamaları içinde, hücrenin bir fazdan diğerine geçişini düzenleyen birçok kontrol noktası vardır. Örneğin, kalite kontrol mekanizmaları, hücrenin G1'den S fazına geçmesine ancak DNA'nın sağlam ve replikasyona uygun olması durumunda izin verir. Benzer şekilde, G2'deki bir kontrol noktası, hücrelerin yalnızca DNA tamamen ve doğru bir şekilde kopyalanmışsa mitoza (M fazı) ilerlemesine izin verir. Ayrıca, bir metafaz kontrol noktası, kromozomların iğlere bağlanmasını ve anafaz başlamadan önce doğru şekilde hizalanmasını sağlar. Bir kontrol noktasında başarısız olan bir hücre, hücre hatayı düzeltemezse, apoptoz için hedeflenebilir.
Bazı mutasyonlar, hücre bölünmesini yönlendiren bir sinyal olmadığında bile hücrelerin bölünmesine izin verir. Örneğin, tümör baskılayıcı genler, hücrelerin kontrolsüz bölünmesini önler ve bu genlerdeki mutasyon bu inhibisyonu hafifletir. Bu anormal hücre bölünmesi, kontrol edilmezse, tümör oluşumuna neden olabilir ve bazı durumlarda kansere yol açabilir. Amerika Birleşik Devletleri'nde önde gelen ölüm nedenlerinden biri olan kanser, şüphesiz toplum üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Özellikle meme, akciğer, prostat ve kolon kanserleri için DNA'daki mutasyonlar zamanla biriktikçe yaşam boyu kanser riski yaşla birlikte artar1. Bu nedenle, hücre bölünmesi ile ilgili devam eden araştırmalar, kanserin tespitini, tedavisini ve nihayetinde önlenmesini iyileştirmek için gereklidir. Aslında, kanseri tedavi etmek için mevcut tedaviler, hücre bölünmesinde yer alan hedefleme mekanizmaları gibi hücre bölünmesi mekanizmalarının bilgisinden yararlanır. Örneğin, sisplatin gibi platin ilaçlar DNA'ya bağlanır ve DNA replikasyonunu durdururken, paklitaksel gibi taksanlar mikrotübüllere bağlanır ve iğ sökmesini inhibe ederek hücre bölünmesini durdurur2.
Hücre döngüsü ve hücre bölünmesi mekanizmalarının anlaşılması, bölünmeyen hücreleri etkileyen durumları anlamak ve bunlara yönelik tedaviler geliştirmek için de önemlidir. Şu anda, sinir sistemi veya kalp yaralanmaları, hasarlı nöron ve kas hücrelerinin yerini alamadığı için zayıflatıcı etkilere sahip olabilir. Bununla birlikte, sinir dokusunun yaralanması, nöronlardaki hücre döngü yollarının aktivasyonu ve destekleyici glial hücreler ile ilişkilidir. İlginç bir şekilde, bu hücre döngü yollarının inhibisyonu, glial skar oluşumunu ve yaralanma sonrası ikincil hasarı azaltır. Bu nedenle, hücre döngüsünün ve hücre bölünmesinin düzenlenmesini anlamak, tüm organ sistemlerinin sağlıklı ve hastalıklı koşullarını anlamak için zorunludur3.
Hücre döngüsü, tipik bir hücrenin yaşamı boyunca büyüme, DNA replikasyonu ve hücre bölünmesi için hazırlık içeren olayların sırasını ifade eder. Eşeyli üreyen organizmalar için yaşam bir zigot, döllenmiş bir yumurta olarak başlar. Zamanla, bu orijinal tek hücre, çok hücreli, karmaşık bir birey üretmek için kontrollü bir şekilde büyür ve bölünür. Hücreler özellikle yaşlanma sırasında dokuları korumak ve onarmak için bu süreci sürdürürler.
Şimdi daha yakından bakalım. Ökaryotlarda, çift sarmallı DNA, hücrenin sınırlı alanını barındırmak için zara bağlı bir çekirdek içinde özel olarak düzenlenir. İlk sıkıştırma seviyesinde, DNA, histon adı verilen spesifik proteinlerin etrafına sıkıca sarılır. DNA protein parçacıklarının bu kombinasyonu daha sonra tekrarlanır ve bağlayıcı DNA ile birlikte sarmal kromatin lifleri oluşturan nükleozomlar olarak bilinen diziler halinde paketlenir. Son olarak, ek lifli proteinler kromatini daha da sıkıştırır ve uzun DNA uzunluklarını sıkıca yoğunlaştırılmış birimlere paketler. Hücre bölünmesi aşamasına bağlı olarak kromozom olarak tanınır.
Bölünmeye hazırlanmak için, hücrelerin üç aşamaya ayrılan interfazdan geçmesi gerekir. G1, S ve G2. İlk boşluk aşaması olan G1'de, yeni üretilen bir yavru hücre boyut olarak büyür ve bir sonraki aşamada DNA kopyalanması için hazırlanır. Şimdi sentez aşaması olan S'de hücreler, kromatin olarak paketlenmiş halde kalan nükleer DNA'larını kopyalar. Hücreler ayrıca, mitotik iğ aparatını oluşturan mikrotübül düzenleyici yapılar olan sentrozomları da çoğaltır. Son olarak, ikinci boşluk aşaması olan G2'de hücreler büyümeye, mitoz için gerekli olan organelleri ve proteinleri çoğaltmaya ve enerji depolarını yenilemeye devam eder. Hücre artık mitozun ilk aşamasına girmeye hazırdır.
Beş benzersiz aşamadan oluşan mitoz, bir hücrenin genetik materyalinin iki yavru hücre arasında bölündüğü bir bölünme şeklidir. İlk olarak insanlarda profaz sırasında, nükleik kromatin, sentromer bağlantılarına bağlı kardeş kromatid çiftlerinden oluşan X şeklindeki kromozomlara yoğunlaşır. Aynı anda çekirdeğin dışında, sentrozomlar hücrenin zıt taraflarına göç eder. Bunu yaparken, mikrotübül çubukları her birinden büyümeye başlar. Hücrenin içine veya dışına doğru, ağ benzeri bir iğ aparatı oluşturur. Daha sonra, nükleer zarf prometafaz sırasında çözülür ve kromozomları hücrenin diğer içeriğine maruz bırakır. Protein yapıları ayrıca sentromerlerin her iki tarafında, her kromatit için bir tane olmak üzere görülür. Bu kinetokorlar oluştuğunda, uzayan iç mikrotübüller onlara bağlanır ve her bir kardeş kromatid farklı bir kutba bağlanır.
Mitoz daha sonra metafaza ilerler, burada iğ aparatı kromozomları hücrenin ekvatoru boyunca sabit bir sıra halinde benzer şekilde yönlendirilecek şekilde yeniden düzenler. Anafaz sırasında, kinetokore yapıştırılmış mikrotübüller kısalır. Ve şimdi ayrı ayrı kromozomlar olarak adlandırılan kardeş kromatitler birbirinden ayrılıyor. Bu ve diğer mikrotübül dinamikleri de hücreyi uzatır. Son olarak, kromozomlar telofaz sırasında zıt hücre taraflarına iner. Ve mil aparatı dağılır. Genetik materyal gevşer ve her bir kromozom setinin etrafında bir tane olmak üzere iki nükleer zarf ortaya çıkar. Telofaz sırasında, sitokinez adı verilen, teknik olarak bir mitoz aşaması olmayan farklı bir süreç de hücreyi böler. Bu nedenle, mitozun sonucu, genetik olarak öncüleriyle aynı olan bir hücre çiftidir.
Ne yazık ki, mutasyonlar hücre döngüsü regülasyonunu kontrol eden genlere zarar verebilir ve bu da hücre bölünmesinin kontrolsüz ilerlemesine yol açar. Bu durumda, her ardışık hücre bölünmesi, daha fazla hasara sahip yavru hücreler üretir ve hatalı büyüme düzenlemesi sonuçta tümör adı verilen hücre kütlelerinin oluşumuna yol açar.
Bu laboratuvarda, soğan kök ucu hücrelerini kullanarak mitozun farklı aşamalarını inceleyeceksiniz. Ve sonra hücre döngüsü kontrolü kaybolduğunda ne olduğunu inceleyin.
