การแบ่งเซลล์แบบไมโอซิสและการเกิดรีคอมบิเนชัน
การแบ่งเซลล์แบบไมโอซิสประกอบด้วยการแบ่งสองครั้งต่อเนื่องกัน ซึ่งลดจำนวนโครโมโซมจากดิพลอยด์เป็นแฮพลอยด์ และการเกิดรีคอมบิเนชันคือการแลกเปลี่ยนดีเอ็นเอที่ถูกกำหนดไว้ล่วงหน้าระหว่างโครโมโซมคู่เหมือน ซึ่งเกิดขึ้นในการแบ่งครั้งแรก ทั้งสองกระบวนการนี้ร่วมกันสร้างเซลล์สืบพันธุ์ที่มีลักษณะทางพันธุกรรมเฉพาะตัว ในขณะเดียวกันก็สร้างการเชื่อมต่อทางกายภาพที่ช่วยให้โครโมโซมแยกตัวได้อย่างถูกต้อง
Definition
การแบ่งเซลล์แบบไมโอซิสคือการแบ่งสองระยะ (ไมโอซิส I, การลดจำนวน; ไมโอซิส II, การคงจำนวน) ซึ่งสร้างเซลล์สืบพันธุ์แบบแฮพลอยด์จากเซลล์สืบพันธุ์แบบดิพลอยด์ และการเกิดรีคอมบิเนชันแบบไมโอซิสคือการแลกเปลี่ยนสารพันธุกรรมแบบซึ่งกันและกันระหว่างโครโมโซมคู่เหมือนที่เริ่มต้นโดยการแตกของสายดีเอ็นเอสองสายที่ถูกกำหนดไว้ล่วงหน้า
Scope
หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงระยะต่างๆ ของไมโอซิส I และ II การเริ่มต้นและการสิ้นสุดของรีคอมบิเนชันในระดับโมเลกุล การก่อตัวของครอสซิงโอเวอร์และไคแอสมา และบทบาทคู่ของการเกิดรีคอมบิเนชันในการสร้างความหลากหลายและรับประกันความถูกต้องของการแยกตัว นี่คือข้อมูลอ้างอิงเชิงกลไกภายในกระบวนการไมโอซิสและการแยกตัวของโครโมโซม ไม่ใช่คำแนะนำทางคลินิก
Core questions
- การแบ่งเซลล์แบบไมโอซิสสองครั้งจัดระเบียบอย่างไร และไมโอซิส I แตกต่างจากไมโอซิส II อย่างไร?
- การเกิดรีคอมบิเนชันเริ่มต้นและสิ้นสุดในระดับโมเลกุลได้อย่างไร?
- ครอสซิงโอเวอร์และไคแอสมาช่วยให้โครโมโซมแยกตัวได้อย่างถูกต้องได้อย่างไร?
Key concepts
- ไมโอซิส I (การแบ่งแบบลดจำนวน) และไมโอซิส II (การแบ่งแบบคงจำนวน)
- ระยะย่อยของโปรเฟส I (เลปโททีน, ไซโกทีน, แพคีทีน, ดิพลอทีน, ไดอะไคเนซิส)
- การแตกของสายดีเอ็นเอสองสายที่ถูกกำหนดไว้ล่วงหน้า
- ซินแนปโทนีมอลคอมเพล็กซ์และการจับคู่กัน
- ครอสซิงโอเวอร์และไคแอสมา
- การรบกวนของครอสซิงโอเวอร์และครอสซิงโอเวอร์ที่จำเป็น
- การเปลี่ยนยีน
Mechanisms
การเกิดรีคอมบิเนชันแบบไมโอซิสเริ่มต้นในระยะโปรเฟส I เมื่อโปรตีน Spo11 ที่ได้รับการอนุรักษ์ไว้ทำให้เกิดการแตกของสายดีเอ็นเอสองสายที่ถูกกำหนดไว้ล่วงหน้าทั่วทั้งจีโนม (Keeney et al., 1997) การแตกเหล่านี้จะถูกตัดออกและปลายสายเดี่ยวจะบุกรุกโครโมโซมคู่เหมือน ทำให้เกิดสารตัวกลางของการเกิดรีคอมบิเนชันที่ถูกส่งไปยังครอสซิงโอเวอร์ ซึ่งเป็นการแลกเปลี่ยนแบบซึ่งกันและกันที่พัฒนาไปเป็นไคแอสมา หรือไปยังผลลัพธ์ที่ไม่ใช่ครอสซิงโอเวอร์ (การเปลี่ยนยีน) การจับคู่กันตามแนวซินแนปโทนีมอลคอมเพล็กซ์จะทำให้การจับคู่ของโฮโมโลกัสมีเสถียรภาพในขณะที่เหตุการณ์เหล่านี้ดำเนินไป การก่อตัวของครอสซิงโอเวอร์ถูกควบคุมเพื่อให้แต่ละคู่ของโฮโมโลกัสได้รับครอสซิงโอเวอร์ที่จัดวางอย่างน้อยหนึ่งตำแหน่ง (ครอสซิงโอเวอร์ที่จำเป็น) และครอสซิงโอเวอร์จะถูกจัดระยะห่างกัน (การรบกวน) ในระยะแอนาเฟส I ไคแอสมาพร้อมกับการยึดเกาะของซิสเตอร์โครมาทิดจะยึดไบวาเลนต์แต่ละอันภายใต้ความตึงเครียดบนสปินเดิลจนกว่าโฮโมโลกัสจะแยกตัวออกจากกัน จากนั้นไมโอซิส II จะแยกซิสเตอร์โครมาทิดเช่นเดียวกับการแบ่งเซลล์แบบไมโทซิส (Hunter, 2015; de Massy, 2013; Handel & Schimenti, 2010)
Clinical relevance
เนื่องจากครอสซิงโอเวอร์ที่วางตำแหน่งอย่างเหมาะสมมีความจำเป็นทางกลไกสำหรับการแยกตัวของโฮโมโลกัส ข้อบกพร่องในการเกิดรีคอมบิเนชัน เช่น ครอสซิงโอเวอร์น้อยเกินไป หรือครอสซิงโอเวอร์ที่อยู่ใกล้เซนโทรเมียร์หรือเทโลเมียร์มากเกินไป จะทำให้โครโมโซมมีแนวโน้มที่จะแยกตัวผิดพลาดและเกิดภาวะแอนยูพลอยดี การเชื่อมโยงเชิงกลไกนี้เป็นหัวใจสำคัญในการตีความต้นกำเนิดของความผิดปกติของโครโมโซม หัวข้อนี้อธิบายชีววิทยาและไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการตัดสินใจทางคลินิกส่วนบุคคล (Hunter, 2015; Handel & Schimenti, 2010)
History
การแลกเปลี่ยนส่วนของโฮโมโลกัสถูกอนุมานจากการเชื่อมโยงทางพันธุกรรมในช่วงต้นศตวรรษที่ยี่สิบ และไคแอสมาได้รับการยอมรับทางเซลล์วิทยาว่าเป็นคู่ทางกายภาพของมัน กลไกทางโมเลกุลได้รับการเปลี่ยนแปลงโดยการแสดงให้เห็นว่าการเกิดรีคอมบิเนชันแบบไมโอซิสเริ่มต้นโดยการแตกของสายคู่ที่ถูกกำหนดไว้ล่วงหน้าโดย Spo11 (Keeney et al., 1997) หลังจากนั้นเส้นทางที่นำไปสู่การแตกไปสู่ครอสซิงโอเวอร์และการเปลี่ยนยีน และการควบคุมของพวกมัน ก็ได้รับการกำหนดอย่างต่อเนื่อง (de Massy, 2013; Hunter, 2015)
Key figures
- Scott Keeney
- Nancy Kleckner
- Neil Hunter
- Bernard de Massy
Related topics
Seminal works
- keeney-1997
- hunter-2015
- demassy-2013
Frequently asked questions
- ไคแอสมาคืออะไร?
- ไคแอสมาคือจุดที่มองเห็นได้ซึ่งโครโมโซมคู่เหมือนสองอันยังคงเชื่อมต่อกันอยู่หลังจากการเกิดครอสซิงโอเวอร์ มันแสดงถึงการแลกเปลี่ยนดีเอ็นเอแบบซึ่งกันและกันและยึดโฮโมโลกัสไว้ทางกายภาพจนกว่าพวกมันจะแยกตัวออกจากกันในไมโอซิส I
- เหตุใดการเกิดรีคอมบิเนชันจึงจำเป็นสำหรับการแยกตัวที่ถูกต้อง?
- ครอสซิงโอเวอร์พร้อมกับการยึดเกาะของซิสเตอร์โครมาทิด สร้างความตึงเครียดที่ช่วยให้แต่ละคู่ของโฮโมโลกัสสามารถยึดติดกับสปินเดิลได้อย่างเหมาะสม คู่โครโมโซมที่ขาดครอสซิงโอเวอร์ที่วางตำแหน่งอย่างดีมีแนวโน้มที่จะแยกตัวผิดพลาดมากขึ้น