ไมโอซิสและการแบ่งเซลล์สืบพันธุ์

ไมโอซิสคือการแบ่งเซลล์แบบพิเศษที่สร้างเซลล์สืบพันธุ์แบบแฮพลอยด์จากเซลล์ต้นกำเนิดแบบดิพลอยด์ การจำลองดีเอ็นเอหนึ่งรอบตามด้วยการแบ่งเซลล์สองครั้ง ทำให้จำนวนโครโมโซมลดลงครึ่งหนึ่ง และด้วยการรวมตัวกันใหม่และการแยกตัวอย่างอิสระ ทำให้เกิดความหลากหลายทางพันธุกรรมในไข่และอสุจิที่เกิดขึ้น

Definition

ไมโอซิสคือรูปแบบหนึ่งของการแบ่งเซลล์สืบพันธุ์ที่การจำลองดีเอ็นเอหนึ่งรอบตามด้วยการแบ่งนิวเคลียสสองครั้ง ทำให้เกิดเซลล์แฮพลอยด์สี่เซลล์จากเซลล์ต้นกำเนิดดิพลอยด์หนึ่งเซลล์; โครโมโซมคู่เหมือนจะจับคู่และรวมตัวกันใหม่ จากนั้นแยกตัวกันในไมโอซิส I ในขณะที่ซิสเตอร์โครมาทิดจะแยกตัวกันในไมโอซิส II

Scope

บทความนี้อธิบายถึงการแบ่งไมโอซิสสองครั้ง (ไมโอซิส I และ II) การจับคู่และการรวมตัวกันใหม่ของโครโมโซมคู่เหมือน การแยกตัวแบบลดจำนวนที่ทำให้จำนวนโครโมโซมลดลงครึ่งหนึ่ง บทบาทของไมโอซิสในการสร้างเซลล์สืบพันธุ์ และข้อผิดพลาดในการแยกโครโมโซมที่ทำให้เกิดภาวะแอนนิวพลอยดี บทความนี้ถือว่าไมโอซิสเป็นหัวข้อทางชีววิทยาของเซลล์และเซลล์สืบพันธุ์ ไม่ใช่คำแนะนำทางคลินิก

Key concepts

• การแบ่งแบบลดจำนวน (ไมโอซิส I) และการแบ่งแบบคงจำนวน (ไมโอซิส II)
• การจับคู่โครโมโซมคู่เหมือน (ไซแนปซิส)
• การครอสซิงโอเวอร์และการรวมตัวกันใหม่
• ไคแอสมาและไซแนปโทนีมัลคอมเพล็กซ์
• การแยกตัวอย่างอิสระ
• เซลล์สืบพันธุ์แฮพลอยด์และการปฏิสนธิ
• แอนนิวพลอยดีและการไม่แยกตัว

Mechanisms

หลังจากการจำลองดีเอ็นเอหนึ่งรอบ ไมโอซิสจะมีการแบ่งเซลล์สองครั้ง ในไมโอซิส I โครโมโซมคู่เหมือนจะจับคู่กัน (ไซแนปซิส) แลกเปลี่ยนชิ้นส่วนโดยการครอสซิงโอเวอร์เพื่อสร้างไคแอสมา จากนั้นจะถูกแยกไปยังขั้วตรงข้าม — เป็นการแบ่งแบบลดจำนวนที่ทำให้จำนวนโครโมโซมลดลงครึ่งหนึ่ง ลักษณะโมเลกุลที่สำคัญ ซึ่งได้รับการทบทวนโดย Petronczki และคณะ คือ ไคเนโตคอร์ของซิสเตอร์โครมาทิดจะหันไปทางขั้วเดียวกัน (โมโน-โอเรียนเทชัน) และการยึดเกาะตามแขนโครโมโซมจะถูกปล่อยในไมโอซิส I ในขณะที่การยึดเกาะที่เซนโทรเมียร์จะได้รับการป้องกันจนถึงไมโอซิส II เมื่อซิสเตอร์โครมาทิดแยกตัวกันในที่สุด ดังนั้น การแบ่งเซลล์ทั้งสองครั้งจึงกระจายโครมาทิดหนึ่งอันของโครโมโซมคู่เหมือนแต่ละคู่ไปยังผลิตภัณฑ์แฮพลอยด์สี่เซลล์ ข้อผิดพลาดในการจัดเรียงนี้ — การไม่แยกตัว — ทำให้เกิดเซลล์สืบพันธุ์ที่มีจำนวนโครโมโซมผิดปกติ; Hassold และ Hunt ทบทวนว่าข้อผิดพลาดทางไมโอซิสเช่นนี้เป็นสาเหตุหลักของภาวะแอนนิวพลอยดีในมนุษย์ได้อย่างไร

Clinical relevance

ไมโอซิสเป็นพื้นฐานทางเซลล์ของการสร้างเซลล์สืบพันธุ์ และการไม่แยกตัวของไมโอซิสได้รับการอธิบายว่าเป็นต้นกำเนิดของภาวะแอนนิวพลอยดีซึ่งความถี่เพิ่มขึ้นตามอายุของมารดา บทความนี้เป็นคำอธิบายอ้างอิงของการแบ่งเซลล์สืบพันธุ์และการกำเนิดของภาวะแอนนิวพลอยดีในระดับเซลล์; ไม่ได้ให้คำแนะนำทางการแพทย์เกี่ยวกับการวินิจฉัยหรือการเจริญพันธุ์

History

ไมโอซิสได้รับการยอมรับในช่วงปลายศตวรรษที่สิบเก้าว่าเป็นการแบ่งเซลล์ที่ลดจำนวนโครโมโซมลงครึ่งหนึ่งซึ่งจำเป็นสำหรับการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ เสริมแนวคิดของ Weismann เกี่ยวกับเชื้อสายเซลล์สืบพันธุ์ พันธุศาสตร์เซลล์ในศตวรรษที่ยี่สิบเชื่อมโยงการรวมตัวกันใหม่ของไมโอซิสและการไม่แยกตัวเข้ากับการถ่ายทอดทางพันธุกรรมและความผิดปกติของโครโมโซม และงานวิจัยระดับโมเลกุลในสิ่งมีชีวิตต้นแบบ — ซึ่งสังเคราะห์โดย Petronczki และคณะ — ได้อธิบายในภายหลังว่าการยึดเกาะและการวางแนวของไคเนโตคอร์บังคับใช้โปรแกรมการลดจำนวนสองขั้นตอนได้อย่างไร

Key figures

• Kim Nasmyth
• Terry Hassold
• Patricia Hunt

Seminal works

• petronczki-2003
• hassold-hunt-2001

Frequently asked questions

ไมโอซิสแตกต่างจากการแบ่งเซลล์แบบไมโทซิสอย่างไร?

ไมโทซิสเป็นการแบ่งเซลล์ครั้งเดียวที่สร้างเซลล์ดิพลอยด์สองเซลล์ที่มีพันธุกรรมเหมือนกับเซลล์แม่ ในขณะที่ไมโอซิสประกอบด้วยการแบ่งเซลล์สองครั้งหลังจากการจำลองหนึ่งครั้ง ทำให้เกิดเซลล์แฮพลอยด์สี่เซลล์ที่แตกต่างกันทางพันธุกรรมเนื่องจากการรวมตัวกันใหม่และการแยกตัวอย่างอิสระ

ทำไมไมโอซิสจึงเกี่ยวข้องกับการแบ่งเซลล์สองครั้ง?

การแบ่งครั้งแรก (ไมโอซิส I) จะแยกโครโมโซมคู่เหมือนที่จับคู่กันเพื่อลดจำนวนโครโมโซมลงครึ่งหนึ่ง และการแบ่งครั้งที่สอง (ไมโอซิส II) จะแยกซิสเตอร์โครมาทิดคล้ายกับการแบ่งเซลล์แบบไมโทซิส; ทั้งสองรวมกันจะเปลี่ยนเซลล์ดิพลอยด์หนึ่งเซลล์ให้เป็นเซลล์สืบพันธุ์แฮพลอยด์สี่เซลล์