Meiose und Keimzellteilung

Die Meiose ist die spezialisierte Zellteilung, die haploide Gameten aus diploiden Keimzellvorläufern hervorbringt. Einem einzigen Replikationszyklus der DNA folgen zwei aufeinanderfolgende Teilungen, die die Chromosomenzahl halbieren und durch Rekombination und unabhängige Verteilung genetische Vielfalt unter den resultierenden Eizellen und Spermien erzeugen.

Definition

Die Meiose ist eine Form der Keimzellteilung, bei der einem Replikationszyklus der DNA zwei aufeinanderfolgende Kernteilungen folgen, wodurch aus einem diploiden Vorläufer vier haploide Zellen entstehen; homologe Chromosomen paaren sich und rekombinieren und segregieren dann in Meiose I, während sich die Schwesterchromatiden in Meiose II trennen.

Scope

Der Eintrag beschreibt die beiden meiotischen Teilungen (Meiose I und II), die Paarung und Rekombination homologer Chromosomen, die Reduktionsteilung, die die Ploidie halbiert, die Rolle der Meiose bei der Gametogenese und wie Fehler bei der Chromosomensegregation zu Aneuploidie führen. Er behandelt die Meiose als zellbiologisches und keimzellbezogenes Thema, nicht als klinische Leitlinie.

Key concepts

• Reduktionsteilung (Meiose I) und Äquationsteilung (Meiose II)
• Paarung homologer Chromosomen (Synapsis)
• Crossing-over und Rekombination
• Chiasmata und der synaptonemale Komplex
• Unabhängige Verteilung
• Haploide Gameten und Befruchtung
• Aneuploidie und Nondisjunction

Mechanisms

Nach einem einzigen Replikationszyklus der DNA führt die Meiose zwei Teilungen durch. In Meiose I paaren sich homologe Chromosomen (Synapsis), tauschen Segmente durch Crossing-over aus, um Chiasmata zu bilden, und werden dann zu entgegengesetzten Polen segregiert – eine Reduktionsteilung, die die Chromosomenzahl halbiert. Ein definierendes molekulares Merkmal, das von Petronczki und Kollegen beschrieben wurde, ist, dass Schwesterkinetochore zum selben Pol ausgerichtet sind (Mono-Orientierung) und dass die Kohäsion entlang der Chromosomenarme in Meiose I gelöst wird, während die zentromerische Kohäsion bis Meiose II geschützt ist, wenn sich die Schwesterchromatiden schließlich trennen. Die beiden Teilungen verteilen somit eine Chromatide jedes Homologs in jedes der vier haploiden Produkte. Fehler in dieser Choreographie – Nondisjunction – erzeugen Gameten mit der falschen Chromosomenzahl; Hassold und Hunt beschreiben, wie solche meiotischen Fehler die Hauptursache für menschliche Aneuploidie sind.

Clinical relevance

Die Meiose ist die zelluläre Grundlage der Gametenbildung, und meiotische Nondisjunction wird als Ursprung von Aneuploidien beschrieben, deren Häufigkeit mit dem mütterlichen Alter ansteigt. Dieser Eintrag ist eine Referenzbeschreibung der Keimzellteilung und der zellulären Genese von Aneuploidie; er bietet keine diagnostische oder reproduktionsmedizinische Beratung.

History

Die Meiose wurde im späten neunzehnten Jahrhundert als die für die sexuelle Fortpflanzung erforderliche Chromosomen-halbierende Teilung erkannt, die Weismanns Ideen zur Keimbahn ergänzte. Die Zytogenetik des zwanzigsten Jahrhunderts verknüpfte meiotische Rekombination und Nondisjunction mit Vererbung und chromosomalen Störungen, und molekulare Arbeiten an Modellorganismen – zusammengefasst von Petronczki und Kollegen – erklärten später, wie Kohäsion und Kinetochor-Orientierung das zweistufige Reduktionsprogramm durchsetzen.

Key figures

• Kim Nasmyth
• Terry Hassold
• Patricia Hunt

Seminal works

• petronczki-2003
• hassold-hunt-2001

Frequently asked questions

Wie unterscheidet sich die Meiose von der Mitose?

Die Mitose ist eine einzelne Teilung, die zwei diploide Zellen hervorbringt, die genetisch mit der Elternzelle identisch sind, während die Meiose nach einer Replikation zwei Teilungen umfasst, die vier haploide Zellen hervorbringen, die sich aufgrund von Rekombination und unabhängiger Verteilung genetisch unterscheiden.

Warum umfasst die Meiose zwei Teilungen?

Die erste Teilung (Meiose I) trennt gepaarte homologe Chromosomen, um die Chromosomenzahl zu halbieren, und die zweite (Meiose II) trennt Schwesterchromatiden ähnlich wie die Mitose; zusammen wandeln sie eine diploide Zelle in vier haploide Gameten um.