Τα χαρακτηριστικά & Στάδια της Μίτωσης

Transcript

1 Μέρος ΙΙΙ

2 ΤΑ ΓΕΓΟΝΟΤΑ ΤΗΣ ΦΑΣΗΣ Μ ΓΕΝΙΚΑ: Στη φάση Μ του κυτταρικού κύκλου αναδιοργανώνονται οι περισσότερες κυτταρικές δομές μέσω Cdk1/κυκλίνης B - Στην Μίτωση ή Διαίρεση του Πυρήνα (Μ): α. τα χρωμοσώματα συμπυκνώνονται β. ο πυρηνικός φάκελλος αποσυναρμολογείται γ. ο κυτταροσκελετός (κυτταρόπλασμα) αναδιοργανώνεται για σχηματισμό της μιτωτικής ατράκτου δ. τα χρωμοσώματα μετακινούνται σε αντίθετους πόλους ε. ο χρωμοσωμικός διαχωρισμός ακολουθείται από κυτταρική διαίρεση ή την κυτταροκίνηση Τα χαρακτηριστικά & Στάδια της Μίτωσης - O αριθμός χρωμοσωμάτων στους ευκαρυώτες είναι 2xn, αλλά μετά την S είναι 4xn - Με τη Μίτωση τα κύτταρα διαιρούνται αλλά ο τελικός αριθμός χρωμοσωμάτων παραμένει 2xn - Μετά τη S τα διπλασιασμένα χρωμοσώματα & ενωμένα στο κεντρομερές, ονομάζονται χρωματίδες - Στους ευκαρυώτες, οι διαδικασίες διαχωρισμού των αδελφών χρωματίδων είναι συντηρημένες - H Μίτωση διακρίνεται από 4 Στάδια: 1. Την Πρόφαση 2. Την Μετάφαση 3. Την Ανάφαση & 4. Την Τελόφαση

3 -Στην ΑΡΧΗ της ΠΡΟΦΑΣΗΣ: τα χρωμοσώματα είναι συμπυκνωμένα με 2 αδελφές χρωματίδες (θυγατρικά μόρια DNA της φάσης S), συνδεδεμένες στο KΕΝΤΡΟΜΕΡΕΣ Στο κεντρομερές προσδένονται πρωτεϊνες για τον σχηματισμό του Κινητοχώρου, θέση πρόσφυσης των μικροσωληνίσκων της μιτωτικής ατράκτου διπλασιασμός κεντροσωματίων φάση S 1x ομόλογο ζεύγος 4xn ενωμένες χρωματίδες - Τα Κεντροσωμάτια διαχωρίζονται & μετακινούνται σε αντίθετους πόλους (είχαν διπλασιασθεί στη Μεσόφαση) αποσυναρμολόγηση πυρηνικού φακέλλου & χρωμοσωμική συμπύκνωση - - Με τα κεντροσωμάτια σχηματίζεται η άτρακτος, στο τέλος της Πρόφασης ΖΩΪΚΟ ΚΥΤΤΑΡΟ (π.χ. για n=1 ζεύγος) 1x ζεύγος 4xn χρωματίδες Στη ΠΡΟΜΕΤΑΦΑΣΗ: -Οι χρωμοσωμικοί κινητοχώροι προσανατολίζονται στους πόλους & συνδέονται με μικροσωληνίσκους - Τα χρωμοσώματα στοιχίζονται στη Μεταφασική πλάκα, στο μέσο της ατράκτου 1x ζεύγος Τα στάδια Μίτωσης ζωϊκών κυττάρων

4 Στη ΜΕΤΑΦΑΣΗ -Τα κύτταρα παραμένουν για λίγο χρόνο στον ισημερινό πρίν εισέλθουν στην Ανάφαση - Η μετάβαση στην Ανάφαση: αρχίζει με τη διάσπαση των συνδέσμων των αδελφών χρωματίδων Στην ΑΝΑΦΑΣΗ -Οι αδελφές χρωματίδες μετακινούνται στους αντίθετους πόλους Στη ΤΕΛΟΦΑΣΗ -Ολοκληρώνεται η Μίτωση -Οι πυρήνες ανασχηματίζονται & τα χρωμοσώματα αποσυμπυκνώνονται αποσυμπύκνωση Χρωματίδων μετακίνηση αδελφών χρωματίδων Η ΚΥΤΤΑΡΟΚΙΝΗΣΗ -Αρχίζει στο τέλος της Ανάφασης & ολοκληρώνεται στο τέλος της Τελόφασης -Με την κυτταροκίνηση σχηματίζονται 2 μεσοφασικά θυγατρικά κύτταρα -Τα κύτταρα αναδιοργανώνονται Τα στάδια Μίτωσης ζωϊκών κυττάρων

5 Τα στάδια της Μίτωσης με μικροσκοπία Φθορισμού Μίτωση κυττάρων πνεύμονα Τρίτωνα ΔΟΜΕΣ Χρωματίνη: μπλέ Κερατίνη: κόκκινη (κυτταροσκελετός) Μικροσωληνίσκοι: πράσινοι (κίτρινοι σε κόκκινο περιβάλλον) Τρίτωνας: Αλπικό αμφίβιο (δράκος)

6 Τύποι Μίτωσης σε Ευκαρυωτικούς οργανισμούς -Ωρισμένοι μονοκύτταροι οργανισμοί (π.χ. Ζυμομύκητες) παρουσιάζουν Κλειστή Μίτωση Στη Κλειστή Μίτωση: 1. Ο Πυρηνικός φάκελλος διατηρείται ανέπαφος 2. Τα θυγατρικά χρωμοσώματα μετακινούνται στους αντίθετους πόλους 3. Τα πολικά σωμάτια (πόλοι ατράκτου) είναι ενσωματωμένα στο πυρηνικό φάκελλο 4. Ο πυρήνας διαιρείται μετά τη μετανάστευση των χρωμοσωμάτων στους πόλους της ατράκτου Αναπαράσταση Κλειστής & Ανοικτής Μίτωσης Μίτωση ζωϊκών κυττάρων

7 Το σύμπλοκο Cdk1/Κυκλίνης Β (MPF) & η Πρόοδος της Μίτωσης -Στη Μίτωση ολόκληρη η κυτταρική δομή αλλάζει και αναδιοργανώνεται -Όλες οι αλλαγές ξεκινούν με την ενεργοποίηση της πρωτεϊνικής κινάσης Cdk1/κυκλίνης Β (MPF) -Το σύμπλοκο Cdk1/κυκλίνης Β δρά ως κύριος ρυθμιστής της μετάβασης στην φάση Μ Η δράση του συμπλόκου Cdk1/κυκλίνης Β αφορά 4 βασικές διαδικασίες: Γεγονότα Φωσφορυλιώσεων σε όλες τις διαδικασίες

8 1. Η συμπύκνωση της Μεσοφασικής Χρωματίνης -Η χρωματίνη είναι βασική δομή των χρωμοσωμάτων και αποτελείται: από δίκλωνο DNA & ιστονικές και μη-ιστονικές πρωτεϊνες -Η συμπύκνωση της χρωματίνης συμβάλλει στο σχηματισμό των συμπυκνωμένων χρωμοσωμάτων, για τη σταθερότητα & μετακίνησή τους κατά μήκος της ατράκτου χωρίς θραύσεις -Η χωρίς μεσοφασική φωσφορυλίωση χρωματίνη καθίσταται φορές πιο συμπυκνωμένη και δεν μεταγράφεται -Ο μηχανισμός συμπύκνωσης δεν είναι γνωστός αλλά επιτυγχάνεται από τις Κοντενσίνες Οι Κοεζίνες και οι Κοντενσίνες συνεισφέρουν στο διαχωρισμό των χρωμοσωμάτων: -Στην S/G2: οι Κοεζίνες προσδένονται στο DNA & διατηρούν τις χρωματίδες ενωμένες -Στη φάση Μ ενεργοποιούνται οι Κοντενσίνες, πού: φάση G2/M α. αντικαθιστούν τις Κοεζίνες, που διατηρούνται πλέον μόνο στο ΚΕΝΤΡΟΜΕΡΕΣ β. συμπυκνώνουν την χρωματίνη για το σχηματισμό μεταφασικών χρωμοσωμάτων

9 -Στη Μίτωση αποδιοργανώνονται & τροποποιούνται όλα τα συστατικά του Πυρηνικού Φακέλου: κατακερματίζονται οι πυρηνικές μεμβράνες, αποσυναρμολογούνται οι πυρηνικοί πόροι & αποπολυμερίζεται η πυρηνική λάμινα 2. Η αποσυναρμολόγηση του Πυρηνικού Φακέλου Δομή ινιδίου λάμινας 1. Ο αποπολυμερμός της ΛΑΜΙΝΑΣ: γίνεται από την Cdk1/κυκλίνη Β H φωσφορυλίωση προκαλεί την διάσπαση των ινιδίων λάμινας σε ελεύθερα διμερή (δηλ. άμεσο αποπολυμερισμό της λάμινας) 2. Η Cdk1 φωσφορυλιώνει επίσης: πρωτεϊνες της εσωτερικής μεμβράνης & των ΠΥΡΗΝΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ αποπολυμερισμός Αυτό οδηγεί σε: α. αποσυναρμολόγηση των πόρων β. αποσύνδεση της εσωτερικής Πυρηνικής μεμβράνης από τις Λαμίνες & τη Χρωματίνη

10 3. Η αποδιάταξη της συσκευής Golgi H συσκευή Golgi είναι τμήμα του Ενδοπλασματικού δικτύου που πακετάρει πρωτεϊνες & λιπίδια Στη Μίτωση, η συσκευή Golgi διασπάται σε μικρά κυστίδια που είτε: α. απορροφούνται από το ενδοπλασματικό δίκτυο ή β. διανέμονται στα θυγατρικά κύτταρα -H αποδιάταξη της συσκευής Golgi προκαλείται των πρωτεϊνών του, από την κινάση Cdk1 & άλλες κινάσες που ενεργοποιούνται κατά τη Μίτωση Ο μηχανισμός αποδιάταξης της συσκευής Golgi - Οι πρωτεϊνες GM130 & GRASP-65 είναι απαραίτητες για την συγχώνευση κυστιδίων με την μεμβράνη του Golgi, αλλά η φωσφορυλίωσή τους από Cdk1 αποτρέπει τη συγχώνευσή τους και έτσι προκαλείται η αποδιάταξη της συσκευής

11 4. Ο σχηματισμός της Ατράκτου - Ι - Αποτελεί κορυφαίο γεγονός της Μίτωσης: Α. Στη αρχή της Πρόφασης: 1. Η ενεργοποιημένη Cdk1 επάγει το διαχωρισμό των κεντροσωματίων (διπλασιασμένα στη S) 2. Τα κεντροσωμάτια μετακινούνται στις αντίθετες πλευράς του Πυρήνα & ωριμάζουν αυξάνοντας σε μέγεθος & δεσμεύοντας γ-τουμπουλίνη & πρωτεϊνες συγκρότησης της Ατράκτου 3. Στην ωρίμανση των κεντροσωματίων & την συγκρότηση της Ατράκτου δρούν οι κινάσες Aurora & οι κινάσες τύπου Polo που εντοπίζονται στα κεντροσωμάτια και παίζουν ρόλο: α. στο σχηματισμό της ατράκτου, β. την λειτουργία του κινητοχώρου & γ. την κυτταροκίνηση Β. ΓΕΝΙΚΑ στη Μίτωση: - Ο ΡΥΘΜΟΣ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗΣ των μικροσωλήνων των κεντροσωματίων αυξάνεται 5-10 φορές - Η αυξημένη ανακύκλωση μικροσωλήνων είναι αποτέλεσμα φωσφορυλίωσης πρωτεϊνών που συνδέονται με τους μικροσωλήνες και φωσφορυλιώνονται από τη Cdk1 ή Aurora & Polo - Τελικά: o ΑΡΙΘΜΟΣ μικροσωλήνων των κεντροσωματίων αυξάνεται σημαντικά Οι μεσοφασικοί μικροσωληνίσκοι αντικαθίσταται από μεγάλο αριθμό μικροσωληνίσκων που έχουν μικρό μήκος & εκφύονται ακτινωτά από τα κεντροσώματα

12 4. Ο σχηματισμός της Ατράκτου - ΙΙ Γ. Στη Προμετάφαση -Η αποδιοργάνωση του πυρηνικού φακέλλου επιτρέπει την ΣΥΝΔΕΣΗ των μικροσωλήνων με τους χρωμοσωμικούς κινητοχώρους & αρχίζει η μετακίνηση των χρωμοσωμάτων στη Προμετάφαση Κεντροσωμάτιο (-) (+) Στη ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ εμπλέκονται 2 είδη πρωτεϊνών του ΚΙΝΗΤΟΧΩΡΟΥ: 1. Οι κινητήριες πρωτεϊνες των μικροσωλήνων, συνδεδεμένων με το κεντροσωμάτιο, για κίνηση προς τα AΡΝΗΤΙΚΑ άκρα της ατράκτου (τους πόλους) 2. Οι κινητήριες πρωτεϊνες που αντιτίθενται & κατευθύνονται προς τα θετικά άκρα της ατράκτου (επιμήκυνση μικροσωλήνων) Σύνδεση μικροσωλήνων/κινητοχώρου με ΕΝΑ χρωμόσωμα - Οι αντίρροπες δυνάμεις, μετακινούν τα χρωμοσώματα παλινδρομικά μεταξύ των κεντροσωματίων στη ΜΕΣΗ της ατράκτου

13 -Τελικά οι μικροσωλήνες των αντίθετων πόλων συνδέονται με τους 2 κινητοχώρους, των αδελφών χρωματίδων, που έχουν ΑΝΤΙΘΕΤΟ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟ (3) (2) - Η εξισορόπηση των έλξεων των μικροσωλήνων «στοιχίζει» τα χρωμοσώματα στη Μεταφασική πλάκα, στη μέση της ατράκτου φωσφορυλίωση -Η μεταφασική άτρακτος, αποτελείται από 4 τύπους μικροσωλήνων: (4) (1) 1. του κινητοχώρου (συνδεδεμένοι με το κεντρομερές) 2. των χρωμοσωμάτων (σε περιοχές χρωμοσωμάτων) 3. οι πολικοί (μεγάλου μήκους μικροσωλήνες) 4. του αστέρα / κεντροσωματίου (μικρού μήκους μικροσωλήνες) Κύτταρο σε Μετάφαση (Ψάρι Κορήγονος, των Salmonidae)

14 Το σημείο ελέγχου Συγκρότησης της Ατράκτου & η μετάβαση στην Ανάφαση ΟΙ ΠΡΟΫΠΟΘΕΣΕΙΣ ΜΕΤΑΒΑΣΗΣ ΣΤΗΝ ΑΝΑΦΑΣΗ: -Πρίν την έναρξη της Ανάφασης όλα τα χρωμοσώματα πρέπει να είναι στοιχισμένα στη Μεταφασική Πλάκα. Αυτό διασφαλίζεται από το Σημείο Ελέγχου Συγκρότησης της Ατράκτου -Η μετάβαση από τη Μετάφαση στη Ανάφαση γίνεται με ρυθμιζόμενη πρωτεόλυση & ουβικιτινίωση: από το Σύμπλοκο Προώθησης της Ανάφασης/Κυκλόσωμα (APC/C). Αυτό ενεργοποιείται μέσω του συμπλόκου Cdk1/κυκλίνης Β, που μετά καταστρέφεται (Αυτοκαταστροφή) -Το APC/C είναι κατεσταλμένο μέχρι το κύτταρο να διέλθει από το Σημείο Ελέγχου Συγκρότησης της ατράκτου -Η ενεργοποίηση του APC/C παρεμποδίζεται ακόμα και εάν ΜΟΝΟ ένα χρωμόσωμα δεν έχει συνδεθεί ή τοποθετηθεί σωστά στον ισημερινό της ατράκτου -Η λειτουργία του Σημείου Ελέγχου βασίζεται στο Σύμπλοκο πρωτεϊνών Mad/Bub που καταστέλλει τη πρωτεϊνη Cdc20, απαραίτητο συστατικό του APC/C * Ανωμαλίες χρωμοσωμικού διαχωρισμού λόγω μη-φυσιολογικού Σημείου Ελέγχου της ατράκτου είναι συνηθισμένες σε καρκινικά κύτταρα, ευθυνόμενα για την ανάπτυξη όγκων

15 Ο μηχανισμός μετάβασης στην Ανάφαση μέσω APC/C - Σε μη-σύνδεση κινητοχώρων/μικροσωλήνων οι Mad & Bub συγκροτούν ενεργό σύμπλοκο που: προσδένεται στην Cdc20, αναστέλλει το APC/C & προκαλεί στάση στην Ανάφαση - Στη σύνδεση κινητοχώρων/μικροσωλήνων: το Mad/Bub αποσυναρμολογείται, σταματά τη καταστολή της Cdc20 & ενεργοποιείται το σύμπλοκο APC/C - Το APC/C με : φωσφορυλίωση α. ουβικιτινιώνει την κυκλίνη Β απενεργοποιώντας την Cdk1, που ρυθμίζει την φάση Μ β. διασπά το σύμπλοκο Σεκουρίνης/Σεπαράσης, που οδηγεί σε: ενεργοποίηση της Σεπαράσης & ΣΗΜΕΙΟ ΕΛΕΓΧΟΥ ΣΥΓΚΡΟΤΗΣΗΣ της ΑΤΡΑΚΤΟΥ Οι Mad & Bub προσδένονται: στο APC/C & σε κινητοχώρους αποδόμηση της κοεζίνης στην Ανάφαση Ανάφαση κυττάρου Κορήγονου (ψάρι) προαγωγή της φάσης Μ Χρωμοσωμικός Διαχωρισμός (Ανάφαση) Προόσδεση μικροσωλήνα σε κινητοχώρο

16 Η Κυτταροκίνηση στα ΖΩΪΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ -Αποτελεί το τέλος της Μίτωσης για το σχηματισμό 2 θυγατρικών κυττάρων -Αρχίζει λίγο μετά την αρχή της Ανάφασης και πυροδοτείται με την ΑΠΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΗ της Cdk1 -Στους Ζυμομύκητες & τα Ζωϊκά κύτταρα επιτυγχάνεται με την δράση ενός Συσταλτού Δακτυλίου που αποτελείται από ινίδια ακτίνης & μυοσίνης ΙΙ, κάτω από τη κυτταροπλασματική μεμβράνη -Η θέση του Δακτυλίου: καθορίζεται από τη μεταφασική πλάκα που είναι κάθετη προς την άτρακτο -Ο συσταλτός δακτυλίου διαιρεί το κύτταρο με περίσφιξη, προς τα μέσα, μέχρι το διαχωρισμό -Η σύνδεση θυγατρικών κυττάρων αποκόπτεται και η κάθε κυτταροπλασματική μεμβράνη κλείνει Α. Σχηματική αναπαράσταση περίσφιξης στη Κυτταροκίνηση Β. Ωάριο βατράχου σε Κυτταροκίνηση

17 Η Κυτταροκίνηση στα ΦΥΤΙΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ -Ο μηχανισμός Κυτταροκίνησης είναι διαφορετικός στα ανώτερα φυτά -Τα θυγατρικά κύτταρα δεν διαχωρίζονται με συσταλτό δακτύλιο, αλλά σχηματίζουν νέα κυτταρικά τοιχώματα μέσα στο κύτταρο Ο μηχανισμός 1. Κυστίδια Golgi μεταφέρουν συστατικά κυτταρικού τοιχώματος, που συνδέονται με μικροσωλήνες, στη μεταφασική πλάκα 2. Η σύντηξη των κυστιδίων δημιουργεί δομή δίσκου-πλάκας 3. Η πλάκα συγχωνεύεται με τη κυτταροπλασματική μεμβράνη 4. Τα θυγατρικά κύτταρα μετά από διαχωρισμό παραμένουν συνδεδεμένα με πλασμοδέσμες

18 Μέρος ΙV

19 ΜΕΙΩΣΗ & ΓΟΝΙΜΟΠΟΙΗΣΗ -Με το κυτταρικό κύκλο, η Μίτωση των σωματικών κυττάρων οδηγεί σε δύο διπλοειδή (2xn) θυγατρικά κύτταρα -Η Μείωση είναι ιδιαίτερος κυτταρικός κύκλος, όπου παράγονται απλοειδή (1xn) θυγατρικά κύτταρα Η Μείωση διακρίνεται στη Μείωση Ι & Μείωση ΙΙ: 1. Ο διπλοειδής σακχαρομύκητας αναπαράγεται με Μίτωση αλλά σε στρες υφίσταται Μείωση 1xn 2. Στα Φυτά & Ζώα: 2xn χρωμοσώματα 2 κύτταρα με 2xn α. τα σωματικά κύτταρα πολλαπλασιάζονται με Μίτωση ενώ, 4xn χρωματίδες 2xn χρωμοσώματα 4xn χρωματίδες 2xn 2Xn Σύγκριση Μειωτικής & Μιτωτικής Διαίρεσης β. τα γαμετικά υφίστανται Μείωση για τη παραγωγή απλοειδών γαμετών, δηλ. Σπερματοζωάρια ή Ωάρια γ. η ανάπτυξη του απόγονου οργανισμού αρχίζει με τη Γονιμοποίηση

20 Η διαδικασία της Μείωσης - Α Με τη Μειωτική Διαίρεση κάθε απόγονο κύτταρο (ΓΑΜΕΤΗΣ) διαθέτει μόνο ένα μέλος από κάθε ζεύγος ομόλογων χρωμοσωμάτων του αρχικού διπλοειδούς κυττάρου -Η μείωση χρωμοσωμάτων γίνεται σε 2 διαδοχικούς κύκλους: πυρηνικής & κυτταρικής διαίρεσης -Υπάρχει μόνο ένας κύκλος αντιγραφής DNA & η Μείωση Ι αρχίζει μετά την φάση S -Αρχικά στην Μείωση Ι: τα ομόλογα χρωμοσώματα: συνάπτονται, συμβαίνουν ανασυνδυασμοί & μετά διαχωρίζονται σε 2 κύτταρα αλλά οι αδελφές χρωματίδες παραμένουν συνδεδεμένες -Στη Μείωση ΙΙ οι αδελφές χρωματίδες διαχωρίζονται σε θυγατρικά κύτταρα (σύνολο: 2Χ2= 4 κύτταρα) 2η 2xn 1η 4xn 2η & χρωμοσωμικός ανασυνδυασμός Πυρηνική & Κυτταρική Διαίρεση

21 Η διαδικασία της Μείωσης Β -Μετά την αντιγραφή του DNA συμβαίνουν ΣΥΝΑΨΕΙΣ μεταξύ ομόλογων χρωμοσωμάτων Έτσι, ο διαχωρισμός των χρωμοσωμάτων στη Μείωση Ι δημιουργεί Γενετικούς Ανασυνδυασμούς -Ο Ανασυνδυασμός των ομόλογων χρωμοσωμάτων συμβαίνει μεταξύ χρωμοσωμάτων Πατρικής & Μητρικής προέλευσης στη διάρκεια μιας παρατεταμένης Πρόφασης της Μείωσης Ι, που διακρίνεται σε 5 ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΚΑ στάδια: -Στη Μείωση Ι συμβαίνει: ΣΥΝΑΨΗ & ΑΝΑΣΥΝΔΥΑΣΜΟΣ ομόλογων χρωμοσωμάτων Τα 5 χρωμοσωμικά μορφολογικά στάδια της Πρόφασης στη Μείωση Ι

22 Η διαδικασία της Μείωσης - Γ Αναφορικά με τον Χρωμοσωμικό Ανασυνδυασμό: -Ο Χρωμοσωμικός Ανασυνδυασμός συμβαίνει με υψηλή συχνότητα, μέσω δίκλωνων ρήξεων DNA -Οι ΡΗΞΕΙΣ DNA συμβαίνουν σε πρώϊμο στάδιο της Μειωτικής Πρόφασης, της Λεπτοταινίας, από τη χωρίς ενδονουκλεάση φωσφορυλίωση Spo11 -Τα μονόκλωνα άκρα ρήξεων εισέρχονται σε ομόλογα χρωμοσώματα σε περιοχές που διαθέτουν συμπληρωματικότητα βάσεων, παράγοντας συνδέσεις -Η σύνδεση των ομόλογων χρωμοσωμάτων ή ΣΥΝΑΨΗ γίνεται στο στάδιο της Ζυγοταινίας & τα «ζευγαρωμένα» χρωμοσώματα σχηματίζουν το Συναπτονημικό Σύμπλοκο (μοιάζει με φερμουάρ) Το Συναπτονημικό Σύμπλοκο *Οι βρόγχοι χρωματίνης συνδέονται με πλευρικά δομικά στοιχεία - Το σύμπλοκο διατηρεί τα χρωμοσώματα στενά συνδεδεμένα & στοιχισμένα για αρκετές ημέρες

23 Γεγονότα ανασυνδυασμού & Μορφολογικά Στάδια Πρόφασης της Μείωσης - Ι -Μη πλήρης χρωμοσωμική συμπύκνωση -Δίκλωνες ρήξεις DNA από την ενδονουκλεάση Spo11 Σύναψη ομόλογων χρωμοσωμάτων: ΣΥΝΑΠΤΟΝΗΜΙΚΑ ΣΥΜΠΛΟΚΑ Διατήρηση συνάψεων στα χιάσματα -Στη Μείωση Ι συμβαίνει: ΣΥΝΑΨΗ & ΑΝΑΣΥΝΔΥΑΣΜΟΣ ομόλογων χρωμοσωμάτων Πλήρης αποσύνδεση χρωμοσωμάτων Εξαφάνιση Συναπτονημικών συμπλόκων Διατήρηση συνδέσεων μόνο σε χιάσματα Πλήρης συμπύκνωση χρωμοσωμάτων (στο στάδιο της Μετάφασης)

24 Η διαδικασία της Μείωσης - Δ -Ο ανασυνδυασμός μεταξύ των ομόλογων χρωμοσωμάτων ολοκληρώνεται στο τέλος της Παχυταινίας με τα χρωμοσώματα συνδεδεμένα στα Χιάσματα, θέσεις Διασκελισμών (ανταλλαγή γενετικού υλικού) που αυξάνουν τη Γενετική ποικιλομορφία -Στη Διπλοταινία: το Συναπτονημικό σύμπλοκο εξαφανίζεται, τα χρωμοσώματα αποσυνδέονται σε όλο το μήκος τους αλλά παραμένουν συνδεδεμένα στα ΧΙΑΣΜΑΤΑ & κάθε ζεύγος ονομάζεται Δισθενές Δισθενές ζεύγος χρωμοσωμάτων: 1. Οι αδελφές χρωματίδες κάθε χρωμοσώματος συνδέονται στο κεντρομερές (μπλέ βέλος) 2. Οι αδελφές χρωματίδες ομόλογων χρωμοσωμάτων συνδέονται στα χιάσματα (άσπρο βέλος) -Στη Διακίνηση, τελικό στάδιο της Πρόφασης Ι, ολοκληρώνεται η συμπύκνωση των χρωμοσωμάτων

25 Η διαδικασία της Μείωσης - Ε Στη Μετάφαση Ι 1. Τα δισθενή χρωμοσώματα στοιχίζονται στην άτρακτο, αλλά οι κινητοχώροι των ΑΔΕΛΦΩΝ ΧΡΩΜΑΤΙΔΩΝ βρίσκονται ο ένας ΔΙΠΛΑ στον άλλο (όχι ευθυγραμισμένοι όπως στη Μίτωση) (*η ευθυγράμμιση αποτρέπει ανασυνδυασμούς-βλέπε ένθετο) προσανατολισμός στη Μείωση προσανατολισμός στη ΜΙΤΩΣΗ κινητοχώροι ομόλογων χρωμοσωμάτων 2. Οι κινητοχώροι των αδελφών χρωματίδων είναι προσανατολισμένοι προς την ΙΔΙΑ κατεύθυνση, ενώ 3. Οι κινητοχώροι των ομόλογων χρωμοσωμάτων «βλέπουν» προς τους αντίθετους πόλους της ατράκτου 4. Οι μικροσωλήνες: από τον ίδιο πόλο συνδέονται και με τις αδελφές χρωματίδες-χιασμάτων, ενώ εκείνοι των αντίθετων πόλων με τα ομόλογα χρωμοσώματα 5. Στην Ανάφαση Ι: θραύονται τα χιάσματα, τα ομόλογα χρωμοσώματα διαχωρίζονται ενώ οι αδελφές χρωματίδες παραμένουν ΣΥΝΔΕΔΕΜΕΝΕΣ στα κεντρομερή ανασυνδυασμένες χρωματίδες ΣΥΝΟΛΙΚΑ: Στο τέλος της Μείωσης Ι κάθε θυγατρικό κύτταρο έχει: χρωμοσώματα με δύο αδελφές χρωματίδες από κάθε ομόλογο ζεύγος (από τα 2xn) χρωμοσωμάτων

26 των αντίθετων πόλων της ατράκτου Η διαδικασία της Μείωσης - Z Η Μείωση ΙΙ: - αρχίζει αμέσως μετά την κυτταροκίνηση & πρίν την πλήρη αποσυμπύκνωση των χρωμοσωμάτων - μοιάζει με τη ΚΑΝΟΝΙΚΗ ΜΙΤΩΣΗ: τα χρωμοσώματα «στοιχίζονται» κάθετα στην άτρακτο με τους με τους κινητοχώρους των αδελφών χρωματίδων να συνδέονται με τους μικροσωλήνες -Η σύνδεση των κεντρομερών των αδελφών χρωματίδων αναιρείται στην Ανάφαση ΙΙ & οι αδελφές χρωματίδες (ως χρωμοσώματα πλέον) διαχωρίζονται σε αντίθετους πόλους Μείωση Ι 2xn 1xn -Με κυτταροκίνηση προκύπτουν 4 θυγατρικοί απλοειδείς (1xn) - γαμέτες 1xn 2xn 1xn 1xn

27 Η Ρύθμιση της Μείωσης στα Ωοκύτταρα - I Ο κυτταρικός κύκλος είναι σημαντική διεργασία και η ρύθμισή του έχει σπουδαία βιολογική σημασία Ένα σημαντικό μοντέλο μελέτης του κυτταρικού κύκλου είναι τα ωοκύτταρα λόγω του ότι έχουν: α. μεγάλο μέγεθος, & β. εύκολο πειραματικό χειρισμό Η Μείωση των περισσότερων ειδών ωοκυττάρων ρυθμίζεται σε 2 σημεία του κυτταρικού κύκλου: Η ρύθμιση στο 1 ο Σημείο: η ορμονική διέγερση - Η ρύθμιση γίνεται κατά την Διπλοταινία (1 η Μειωτική Διαίρεση) Τα ωοκύτταρα παραμένουν σε αυτή τη ΣΤΑΣΗ (G2), μέχρι & 50 χρόνια (άνθρωπος) Τα χρωμοσώματα αποσυμπυκνώνονται & μεταγράφονται, που οδηγεί σε τεράστια ανάπτυξη (100x μεγαλύτερα από ένα σωματικό κύτταρο) Μείωση Ι * (Συσσωρεύουν υλικά για την ανάπτυξη του πρώϊμου εμβρύου: γρήγορες διαιρέσεις, για παραγωγή συνεχώς μικρότερων κυττάρων) G2 100x Πολλαπλασιασμός μετά από γονιμοποίηση: εναλλασόμενες σύντομες φάσεις S & Μ

28 Η Ρύθμιση της Μείωσης στα Ωοκύτταρα - II Ο ρόλος της προγεστερόνης - Στα σπονδυλωτά (ποντικός, άνθρωπος) η Mείωση I συνεχίζεται ως απόκριση σε ορμονική διέγερση από Προγεστερόνη και ολοκληρώνεται πριν τη γονιμοποίηση με ασύμμετρη διαίρεση Μείωση Ι -Από την ασύμμετρη διαίρεση της Mείωσης Ι προκύπτουν: α. ένα μικρό πολικό σωμάτιο & β. ένα ωοκύτταρο μεγάλου μεγέθους G2 - Στη συνέχεια το ωοκύτταρο εισέρχεται στη Mείωση ΙΙ, αλλά χωρίς σχηματισμό πυρήνα & χωρίς χρωμοσωμική αποσυμπύκνωση -Τα περισσότερα ωοκύτταρα των σπονδυλωτών σταματούν πάλι στην Μετάφαση ΙΙ, μέχρι τη Γονιμοποίηση τους **Συνολικά, στα Ωοκύτταρα παρατηρούνται 2 στάσεις: Μείωση ΙΙ μία στη διπλοταινία της Μείωσης Ι (ορμονική έλλειψη) & μία στη μετάφαση ΙΙ (μετά από ορμονική διέγερση)

29 Η Ρύθμιση της Μείωσης στα Ωοκύτταρα - IIΙ Η ρύθμιση στο 2 ο Σημείο: το σύμπλοκο Cdk1/κυκλίνης Β -Όπως η φάση Μ, έτσι και η Μείωση των ωοκυττάρων ρυθμίζεται από το σύμπλοκο Cdk1/κυκλίνης Β -Η ρύθμιση της Cdk1/κυκλίνης Β ευθύνεται για τη μετάβαση από τη Μείωση Ι προς τη Μείωση ΙΙ & για τη στάση στη Μετάφαση ΙΙ α α β δ γ μερική ελλάτωση Cdk1 (ανάφαση Μείωσης Ι ) α. η ορμονική διέγερση ωοκυττάρων στη στάση της διπλοταινίας πυροδοτεί τη συνέχιση της Μείωσης Ι με αύξηση ενεργότητας της Cdk1 (όπως από τη G2 στη Μ, σε σωματικά κύτταρα) β. η Cdk1 επάγει: χρωμοσωμική συμπύκνωση, αποδιοργάνωση του πυρηνικού φακέλου & το σχηματισμό της ατράκτου (Μετάφαση Ι) γ. Ενεργοποιείται το σύμπλοκο προώθησης της ανάφασης/κυκλόσωμα (APC/C) προκαλώντας τη μετάβαση στην Ανάφαση Ι, αλλά με ΜΕΡΙΚΗ ΕΛΑΤΤΩΣΗ ενεργότητας της Cdk1 δ. Μετά τη κυτταροκίνηση η ενεργότητα της Cdk1 αυξάνει & διατηρείται υψηλή αλλά το ωάριο παραμένει σταματημένο στη Μετάφαση ΙΙ, μέχρι τη γονιμοποίηση, με παραγωγή πολικού σωματίου Άρα, τα ωοκύτταρα έχουν ρυθμιστικό μηχανισμό διατήρησης ενεργότητας της Cdk1 στη Μετάφαση ΙΙ

30 -Ποιός παράγοντας ευθύνεται για τη διατήρηση της Στάσης στη Μετάφαση ΙΙ?? - Ανακαλύφθηκε από τους Yoshio Masui & Clement Markett (1971) και είναι ο MPF (Cdk1/κυκλίνη Β) Μείωση (Α) Μίτωση (Β) (Γ) Το Πείραμα Α. Μετά από επίδραση Προγεστερόνης : τα ωοκύτταρα σταδίου G2 Μείωσης στη διπλοταινία, οδηγούνται σε στάση στη Μετάφαση ΙΙ Β. Κυτταρόπλασμα ωοκυττάρου σε στάση Μετάφασης ΙΙ ενέθηκε σε 1 κύτταρο πρώϊμου εμβρύου δύο κυττάρων ενεργής μίτωσης Γ. Η ένεση προκάλεσε στάση του πολλαπλασιασμού στη Μετάφαση του ενός, ενώ το άλλο συνέχισε να διαιρείται - Άρα, η στάση στη Μετάφαση ΙΙ του ωοκυττάρου: προκαλείται από κάποιο κυτταροπλασματικό παράγοντα -O παράγοντας αυτός ονομάσθηκε Κυτταροστατικός Παράγοντας (CSF: Cytostatic factor)

31 - Η Μείωση των ωοκυττάρων γίνεται από το ενεργό σύμπλοκο Cdk1/κυκλίνης Β αλλά: Πως όμως το σύμπλοκο διατηρείται ενεργό προκαλώντας στάση στη Μετάφαση ΙΙ? -Η διατήρηση της ενεργότητας της Cdk1/κυκλίνης Β γίνεται από την πρωτεϊνική κινάση Mos -H κινάση Mos είναι απαραίτητο ΣΥΣΤΑΤΙΚΟ του κυτταροστατικού παράγοντα CSF -Συντίθεται λίγο πρίν το τέλος της Μείωσης Ι -Είναι απαραίτητη για τη διατήρηση ενεργότητας της Cdk1/κυκλίνης Β & για τη στάση στην Μετάφαση ΙΙ πρόσδεση στο Cdc20 Σύμπλοκο Ανάφασης/ Κυκλόσωμα (APC/C Καταστολή APC/C Ο Μηχανισμός Δράσης της Mos - Ενεργοποιεί τις κινάσες MEK, ERK & Rsk - Η Rsk φωσφορυλιώνει τη πρωτεϊνη Emi2/Erp1 που καταστέλλει το σύμπλοκο APC/C, με πρόσδεση στη φωσφατάση Cdc20 -Η καταστολή του APC/C, αναστέλλει τη αποικοδόμηση της κυκλίνης Β, δηλ. σταματά τη Μείωση με διατήρηση ενεργότητας του συμπλόκου Cdk1/κυκλίνης Β Άρα, η Mos: διατηρώντας την ενεργότητα του Cdk1/κυκλίνης Β προκαλεί στάση στη Μείωση ΙΙ

32 Η Γονιμοποίηση -Γονιμοποίηση είναι η συνένωση των απλοειδών γαμετών: ωαρίου & σπερματοζωαρίου για τη παραγωγή ενός νέου διπλοειδούς οργανισμού -ΕΝΑ σπερματοζωάριο προσδένεται σε υποδοχέα της επιφάνειας του ωαρίου & συγχωνεύεται με τη κυτταροπλασματική του μεμβράνη -Η γονιμοποίηση οδηγεί στην: ανάμειξη χρωμοσωμάτων πατέρα / μητέρας, ολοκλήρωση Μείωσης II του ωοκυττάρου & έναρξη μιτώσεων στο πρώϊμο έμβρυο -Καθοριστικό σήμα μετά την γονιμοποίηση είναι: η αύξηση συγκέντρωσης ιόντων Ca++ που επάγει μεμβρανικές τροποποιήσεις, αποτρέποντας την είσοδο πολλαπλών σπερματοζωαρίων στο ωάριο (κάθε εκσπερμάτιση υγιούς άνδρα: εκ. & 400 δισ. στη ζωή του) -Οι μεμβρανικές τροποποιήσεις από Ca++ γίνονται μέσω εξωκυττάρωσης εκκριτικών κοκκίων στη περιφέρεια του ωοκυττάρου -Το περιεχόμενο των κοκκίων τροποποιεί το κάλυμα του ωαρίου ώστε να εμποδίζεται η είσοδος άλλων σπερματοζωαρίων *Για μη-γόνιμα ζευγάρια εφαρμόζεται η In Vitro Fertilization (IVF): Γονιμοποίηση ανθρώπινου ωαρίου 1. Λήψη ωαρίων μετάφασης ΙΙ, σπερματοζωαρίων & in vitro γονιμοποίηση 2. Επανατοποθέτηση γονιμοποιημένων ωαρίων στους ωαγωγούς ή μήτρα

33 Ο Μηχανισμός σηματοδότησης για ολοκλήρωση της Μείωσης & Μίτωσης -Η στάση στη Μετάφαση ΙΙ οφείλεται στο αναστολέα Emi2/Erp1 Ο ρόλος του Ca++ ΜΕΤΑ την ΓΟΝΙΜΟΠΟΙΗΣΗ -Η αυξημένη συγκέντρωση Ca++ ενεργοποιεί τη φωσφορυλίωση αλλά & αποικοδόμηση του Emi2/Erp1, ενεργοποιώντας τον APC/C -Η αποικοδόμηση της κυκλίνης Β από το APC/C & των κοεζινών οδηγεί στην Ανάφαση & ολοκλήρωση της Μείωσης ΙΙ - Από την ασύμμετρη κυτταροκίνηση παράγεται & δεύτερο πολικό σωμάτιο (συνήθως εκφυλίζεται) -Το γονιμοποιημένο ωάριο ονομάζεται ΖΥΓΩΤΟ & έχει 2 απλοειδείς Πυρήνες ή προπυρήνες, ένα από κάθε γονέα -Στη συνέχεια οι προπυρήνες αντιγράφονται στη φάση S, συναντώνται & μπαίνουν στη φάση Μ -Τα χρωμοσώματά τους στοιχίζονται σε μία κοινή άτρακτο & μετά από Μίτωση, παράγονται 2 εμβρυϊκά κύτταρα με διπλοειδές γονιδίωμα, που πολλαπλασιαζόμενα παράγουν ένα νέο οργανισμό

34 Η ΥΛΗ για τις Εξετάσεις: ΒΙΒΛΙΟ: Το Κύτταρο- ΚΕΦΑΛΑΙΟ 16, σελ & η Παρούσα Παρουσίαση