有糸分裂、減数分裂、および細胞周期

核分裂には2つの形態があり、染色体を新しい細胞に分配する。有糸分裂は完全なセットを各娘細胞に複製する一方、減数分裂はセットを半分にして配偶子を形成し、その過程で遺伝的変異を生み出す。

Definition

有糸分裂は遺伝的に同一な2つの娘核を生み出す分裂であり、減数分裂は半数体の配偶子を生み出す2段階の還元分裂であり、細胞周期は細胞が成長し、DNAを複製し、分裂する、調節された一連の事象である。

Scope

このトピックでは、細胞周期の各相とそのチェックポイント、2つの遺伝的に同一な娘細胞を生み出す有糸分裂の段階、染色体数を半減させる減数分裂の2つの分裂、減数分裂Iにおける相同染色体の対合と乗り換え、および減数分裂の事象がメンデルの法則の物理的基礎を提供する仕組みについて扱う。染色体の秩序ある分配について論じ、この過程におけるエラーは異数性として扱われる。

Core questions

• 細胞周期の各相とは何か、またチェックポイントはどのように進行を制御するのか？
• 有糸分裂はどのようにして各娘細胞が完全な染色体セットを受け取ることを保証するのか？
• 減数分裂の2つの分裂はどのようにして染色体数を半減させるのか？
• 減数分裂における相同染色体の対合と乗り換えはどのようにメンデルの法則の根底にあるのか？

Key concepts

• 細胞周期の各相とチェックポイント
• 有糸分裂の段階
• 減数分裂Iと減数分裂II
• 相同染色体の対合と乗り換え
• 還元分裂と配偶子形成

Mechanisms

DNAはS期に複製され、分裂時には紡錘体がセントロメアに付着して遺伝物質を分離する。有糸分裂では姉妹染色分体が分離して同一の細胞を生じるが、減数分裂では相同染色体がまず対合し、乗り換えによってセグメントを交換し、その後分離する。続いて2回目の分裂で姉妹染色分体が分離し、染色体数を半減させ、対立遺伝子をシャッフルする。

Clinical relevance

相同染色体の分離という減数分裂の事象は、組換えと独立した分配がどのように配偶子の多様性を生み出すかを説明する。一方、細胞周期制御の破綻は癌の根底にあり、減数分裂における分離のエラーは流産やダウン症候群などの状態に見られる異数性の原因となる。

History

フレミングは1880年代に有糸分裂を記述し、減数分裂はその後すぐに特徴づけられた。減数分裂における染色体の挙動がメンデルの分離法則を反映しているという認識が染色体説を確固たるものにし、細胞周期の分子制御は20世紀後半に解明され、この業績は2001年のノーベル賞によって認められた。

Key figures

• Walther Flemming
• Theodor Boveri
• Paul Nurse

Seminal works

• klug2019

Frequently asked questions

有糸分裂と減数分裂の主な違いは何か？

有糸分裂は親細胞と互いに遺伝的に同一な2つの娘細胞を生み出す一方、減数分裂は染色体数を半減させ、乗り換えと独立した分配を通じて4つの遺伝的に多様な配偶子を生み出す2つの分裂を含む。

減数分裂は遺伝的変異にとってなぜ重要なのか？

減数分裂は2つの方法で対立遺伝子をシャッフルする。乗り換えは相同染色体間でセグメントを交換し、独立した分配は母方および父方の染色体をランダムに分配するため、各配偶子は対立遺伝子のユニークな組み合わせを持つ。