Metafazė

Branduolinį eukariotinių organizmų ląstelių dalijimąsi (mitozę) su DNR replikacija galima suskirstyti į keturias pagrindines fazes. Antrasis pagrindinis etapas vadinamas Metafazė kurio metu chromosomos susitraukia spirale ir padėtis pusiaujo plokštumoje maždaug tuo pačiu atstumu iki abiejų priešingų polių. Verpstės pluoštai yra prijungti prie chromosomų centromerų iš abiejų polių.

Kas yra metafazė?

Metafazė yra antroji iš visų keturių pagrindinių fazių, į kurias galima padalyti eukariotų ląstelių branduolio dalijimąsi, vadinamą mitozė. Metafazės metu būdingas chromosomų išsidėstymas vadinamojoje pusiaujo plokštumoje arba metafazės plokštelėje.

Kiekvieną chromosomą sudaro keturios chromatidės, iš kurių dvi yra „identiškos“. Iš pradžių chromatidės yra laikomos kartu jų bendru centrometru. Centromeruose susidaro mažos baltymų struktūros, prie kurių pritvirtinami verpstės polių pluoštai, kad sesuo chromatidai būtų patraukti į priešingus polius. Chromatidų atskyrimas jau yra anafazės dalis, einanti po metafazės.

Metafazės metu gaminami visi preparatai, kurių reikia, kad chromatitai būtų atskirti nuo centromerų, kad juos būtų galima pritraukti prie polių. Tik tada, kai visi centromerai yra sujungti su atitinkamais poliaus pluoštais ar mikrotubuliais, chromatidų jungtys jų centromere yra atlaisvinami taip, kad prasideda jų poslinkis į atitinkamą polių.

Funkcija ir užduotis

Žmogaus kūne nuolat auga augimas, pagrįstas ląstelių dauginimu, kuris dažniausiai vadovaujasi ląstelių dalijimosi principu. Pavienių ir daugialąsčių organizmų (eukariotų) branduolio ląstelėse dalijimasis apima citoplazmos ir jų ląstelių branduolių dalijimąsi.

Dvi dukterinės ląstelės, pagamintos dalijimosi metu, yra identiškos savo diploidiniuose chromosomų rinkiniuose su atitinkamomis „motininėmis ląstelėmis“, todėl tam tikrų audinių augimas kūne teoriškai yra neribotas remiantis ne lytiniu ląstelių dalijimu, su sąlyga, kad dalijimosi procesas nebus nutrauktas ar nutrauktas augimą slopinančių medžiagų.

Ląstelių dalijimosi procesas taip pat yra susijęs su branduolio dalijimosi procesu, kuris yra žinomas kaip mitozė. Mitozės metu antroji iš keturių pagrindinių fazių vadinama metafaze. Tai yra svarbi grandis pagrindinio padalijimo procese. Metafazė yra svarbi tam, kad dvigubo chromosomų rinkinio chromatidės būtų išdėstytos pusiaujo plokštumoje arba meta plokštėje taip, kad jas būtų galima traukti mikrotubuliu siūlais dviejų polių kryptimi sekančioje anafazėje.

Ypač svarbi metafazės funkcija yra tikrinti (tikrinimo tašką) ir stebėti spindulių pluoštus (mikrotubules), kylančius iš polių. Turi būti užtikrinta, kad mikrotubuliai būtų sujungti su „teisingu“ centrometru. Tai užtikrina, kad du chromosomų rinkiniai, sugrupuoti ties poliais per sekančią anafazę, yra absoliučiai vienodi. Tai gali būti pasiekta tik tuo atveju, jei po branduolio padalijimą kiekviename iš dviejų polių yra chromosomos chromatidai.

Jei, pavyzdžiui, viename iš dviejų polių būtų rastos dvi identiškos seserinės chromatidės, o kitame stulpelyje jų trūktų, tai padarytų didelius sutrikimus, dėl kurių tolesnis ląstelių augimas ar nekontroliuojamas augimas būtų neįmanomi. Parenchimos ląstelių atveju būtų prarastas specifinis ląstelių funkcionalumas.

Ligos ir negalavimai

Mitozė apima labai sudėtingą procesą, apimantį klaidų replikacijos DNR grandinėse ir chromatidžių pasiskirstymo ant dviejų polių riziką, kartais sukeliančią toli siekiančias pasekmes. Pavyzdžiui, „neteisingas“ mikrotubulų pritvirtinimas prie centromerų kinetochorų gali įvykti gana dažnai. Pavyzdžiui, tam tikros kinetochoros gali likti laisvos, t.y., neprijungtos prie mikrotubulų, arba abi chromatidės yra prijungtos prie to paties poliaus mikrotubulų savo centromeruose. Viena iš svarbiausių metafazės funkcijų yra tikrinti, ar mikrotubulai yra teisingai ir visiškai pritvirtinti prie kinetochoros.

Anafazėje chromosomų atsiskyrimas paprastai išleidžiamas tik tada, kai verpstės pluošto patikrinimas yra sėkmingas ir visi kinetochorosai rodo teisingą ryšį. Mitozinį patikros tašką įgyvendina grupė specializuotų baltymų, kurie slopina ar grynina perėjimą į anafazę, jei adhezija neatitinka tikslinės vertės. Procesas yra šiek tiek panašus į „Formulės 1“ lenktynių etapą, kai visi keturi montuotojai turi pranešti apie pasibaigimą po ratų keitimo, kad „Formulės 1“ vairuotojas galėtų pradėti iš naujo.

Kita didesnė problema iškyla padarius klaidas sulaužant DNR grandines. Tai gali sukelti ląstelių funkcijos praradimą ir nuolatinę, greitą ar lėtą progresuojančią tolesnę mitozę, kuri nebereaguoja į paties organizmo augimo slopintojus. Nesustabdytas augimas apibūdina gerybinius (gerybinius) arba piktybinius (piktybinius) navikus.

Dėl DNR metilinimo gali kilti kitų problemų. Suskaidžius DNR grandines, DNR metiltransferazių aktyvumas gali pridėti prie metilo grupių (-CH3) į DNR. Procesas neatitinka geno mutacijos įprastąja prasme, tačiau jis atitinka paveikto geno epigenetinius pokyčius. „Genų metilinimas“ paprastai sukelia fenotipiškai atpažįstamus paveikto žmogaus pokyčius ir dažniausiai perduodamas naujos kartos ląstelėms - panašiai kaip paveldėjimas.

Nebuvo tinkamai ištirtas, kokiu mastu galima atsekti gerybinių ir piktybinių navikų vystymąsi ir DNR metilinimą vykstant metafazės procesams.