Мейоз и деление половых клеток

Мейоз — это специализированное деление клеток, в результате которого из диплоидных предшественников половых клеток образуются гаплоидные гаметы. За одним раундом репликации ДНК следуют два последовательных деления, что приводит к уменьшению числа хромосом вдвое и, посредством рекомбинации и независимого расхождения, к генерации генетического разнообразия среди образующихся яйцеклеток и сперматозоидов.

Definition

Мейоз — это форма деления половых клеток, при которой за одним раундом репликации ДНК следуют два последовательных ядерных деления, в результате чего из одной диплоидной клетки-предшественника образуются четыре гаплоидные клетки; гомологичные хромосомы спариваются и рекомбинируют, а затем расходятся в мейозе I, в то время как сестринские хроматиды разделяются в мейозе II.

Scope

Статья описывает два мейотических деления (мейоз I и II), спаривание и рекомбинацию гомологичных хромосом, редукционное расхождение, которое уменьшает плоидность вдвое, роль мейоза в гаметогенезе и то, как ошибки в сегрегации хромосом приводят к анеуплоидии. Она рассматривает мейоз как тему клеточной биологии и биологии половых клеток, а не как клиническое руководство.

Key concepts

• Редукционное деление (мейоз I) и эквационное деление (мейоз II)
• Спаривание гомологичных хромосом (синапсис)
• Кроссинговер и рекомбинация
• Хиазмы и синаптонемный комплекс
• Независимое расхождение
• Гаплоидные гаметы и оплодотворение
• Анеуплоидия и нерасхождение

Mechanisms

После одного раунда репликации ДНК мейоз осуществляет два деления. В мейозе I гомологичные хромосомы спариваются (синапсис), обмениваются сегментами путем кроссинговера с образованием хиазм, а затем расходятся к противоположным полюсам — это редукционное деление, которое уменьшает число хромосом вдвое. Определяющей молекулярной особенностью, рассмотренной Петронецки и коллегами, является то, что сестринские кинетохоры ориентированы к одному и тому же полюсу (моноориентация) и что когезия вдоль плеч хромосом высвобождается в мейозе I, в то время как центромерная когезия защищена до мейоза II, когда сестринские хроматиды окончательно разделяются. Таким образом, два деления распределяют по одной хроматиде каждого гомолога в каждый из четырех гаплоидных продуктов. Ошибки в этой хореографии — нерасхождение — приводят к образованию гамет с неправильным числом хромосом; Хассолд и Хант рассматривают, как такие мейотические ошибки являются основным источником анеуплоидии у человека.

Clinical relevance

Мейоз является клеточной основой формирования гамет, а мейотическое нерасхождение описывается как причина анеуплоидий, частота которых возрастает с возрастом матери. Эта статья представляет собой справочное описание деления половых клеток и клеточного генезиса анеуплоидии; она не содержит диагностических или репродуктивных медицинских рекомендаций.

History

Мейоз был признан в конце XIX века как деление, уменьшающее число хромосом вдвое, необходимое для полового размножения, дополняя идеи Вейсмана о зародышевой линии. Цитогенетика XX века связала мейотическую рекомбинацию и нерасхождение с наследственностью и хромосомными нарушениями, а молекулярные исследования на модельных организмах — обобщенные Петронецки и коллегами — позже объяснили, как когезия и ориентация кинетохоров обеспечивают двухэтапную редукционную программу.

Key figures

• Kim Nasmyth
• Terry Hassold
• Patricia Hunt

Seminal works

• petronczki-2003
• hassold-hunt-2001

Frequently asked questions

Чем мейоз отличается от митоза?

Митоз — это одно деление, в результате которого образуются две диплоидные клетки, генетически идентичные родительской, тогда как мейоз включает два деления после одной репликации, в результате чего образуются четыре гаплоидные клетки, которые генетически отличаются из-за рекомбинации и независимого расхождения.

Почему мейоз включает два деления?

Первое деление (мейоз I) разделяет парные гомологичные хромосомы, чтобы уменьшить число хромосом вдвое, а второе (мейоз II) разделяет сестринские хроматиды, подобно митозу; вместе они превращают одну диплоидную клетку в четыре гаплоидные гаметы.