この記事では、遺伝子と染色体に関する四部シリーズの第二は、細胞分裂を探ります。 それはそれを読んだ後、あなたの知識をテストすることを可能にする自己評価が付属しています

Abstract

人体の組織や器官は静的ではなく、古い細胞が分解され、新しいものに置き換えられるため、永続的なフラックス状態にあります。 これらの新しい細胞は、有糸分裂、二倍体親細胞が二つの同一の二倍体娘細胞を生じさせる細胞分裂のプロセスによって作成されます。 対照的に、胚細胞でのみ起こる減数分裂のプロセスは、非同一の一倍体娘細胞を産生する。 減数分裂は、私たちの”遺伝子のデッキ”を”シャッフル”することによって遺伝的多様性を保証します。 遺伝子と染色体に関する私たちのシリーズのこの第二の記事は、細胞分裂、有糸分裂と減数分裂の二つのタイプを調べます。

引用：Knight J、Andrade M（2018）遺伝子と染色体2：細胞分裂と遺伝的多様性。 看護タイムズ;114:8,40-47.

著者: John KnightとMaria Andradeは、スウォンジー大学人間健康科学大学の生物医学科学の上級講師です。

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  フラックスの状態

  一度形成されると、体の器官は静的なままであり、年齢とともに徐々に消耗するという一般的な誤解です。 実際には、器官を構成する組織のほとんどは、古い細胞が分解されて新しいものに置き換えられる前に、アポトーシス（プログラムされた細胞死）を継続的

  細胞置換のこのプロセスの中心には、彼らの使い古した”両親”を置き換えるために若い”娘細胞”の継続的な供給を保証する細胞分裂、です。

  老化細胞のこの交換は、最終的に老化プロセスがその通行料を取るために開始されますが、臓器は、私たちの生活の中で最適に機能を保証します。

  体の異なる部分の細胞は異なる速度で更新され、例えば、上皮細胞および好中球は急速に分裂し、肝細胞および脂肪細胞はゆっくりと分裂する。 いくつかのニューロンや眼の水晶体細胞などのいくつかの細胞型は、生涯続くと考えられています。 これは、異なる組織および器官が異なる年齢を有することを意味する（ボックス1）。

  ボックス1。 一般的なヒト細胞の置換率

  • 好中球（白血球）：1-5日
  • 小腸上皮細胞：2-4日
  • 子宮頸部細胞：6日
  • 肺胞細胞：8日
  • 皮膚表皮細胞：10-30日
  • 赤血球（赤血球）：120日
  • 肝細胞（肝細胞）：6-12日月
  • 脂肪細胞（脂肪細胞）: 8年
  • 目のレンズ細胞と中枢神経系のいくつかのニューロン：現在、寿命を持続すると考えられています

  出典：数字による細胞生物学

  間期

  いずれかの時点で、体内のほとんどの細胞は、分裂のアクティブな状態ではなく、間期にあります–細胞分裂の相間の安定した状態。 これは、細胞が成長し、成熟し、正常な生理学的機能を果たしている時です。 典型的なヒト細胞は、その時間の約95％を間期に費やしている（Cooper and Hausman、2015）。

  間期の間、細胞の核はクロマチンの存在のために顆粒状の外観を有する（詳細は第1部を参照）。 このとき、デオキシリボ核酸（DNA）は非常に緩く配置されており、核エンベロープには目に見える染色体はない。 細胞分裂の直前に、DNA複製が行われます–これにより、遺伝的青写真（ゲノム）の同一のコピーが将来の娘細胞に渡されることが保証されます。

  DNA複製

  このシリーズの最初の記事では、ヌクレオチドの塩基対形成を検討し、プリンとピリミジン塩基の相補的な性質を説明しました(Knight and Andrade,2018)。 DNA相補的塩基対形成規則は次のとおりである：

  • アデニンは常にチミンとペア（A-T）
  • シトシンは常にグアニンとペア（C-G）

  この相補的塩基対形成は、期間のDNA複製の基礎を形成する。

  DNA複製は、二つの細胞酵素に依存しています:

  • ヘリカーゼ–これはDNA二重らせんの小さな部分を巻き戻して一本鎖にします。 DNAが一本鎖になると、親鎖のヌクレオチド塩基が露出します。
  • DNAポリメラーゼ-これは、相補的な塩基対形成規則を使用して露出したギャップを埋めます。 結果は、親鎖と遺伝的に同一であるDNAの2つの新しい娘鎖である。

  DNA複製は、しばしば”半保存的”と呼ばれ、各娘DNA二重らせんは、元の親らせんから誘導された一方の鎖と、DNAポリメラーゼによって相補的な塩基対合位置にスロ

  

  DNA複製のプロセスは非常に高速であり、ランダムなエラーが頻繁に発生します。 DNAポリメラーゼは、新しい娘鎖の正確さを再確認し、間違いを修正することを可能にする”校正”能力を持っています（Reha-Krantz、2010）。

  有糸分裂

  細胞分裂は、有糸分裂または減数分裂のいずれかを介して発生します。

  有糸分裂

  細胞分裂 多くの場合、「正常」細胞分裂と呼ばれる有糸分裂は、人体の成長および修復に不可欠である。 ほとんどの有核ヒト細胞は、細胞分裂中に見える46本の染色体を有する–これは二倍体数と呼ばれる（第1部を参照）。 有糸分裂の間、二倍体数は厳密に維持され、DNA複製エラーがない限り、すべての娘細胞は親細胞のものと同一のDNAの補体を受け取る。

  有糸分裂は、前期、中期、後期および終期の4つの段階で起こる（図2）。

  

  前期

  前期では、タンパク質合成に必要なDNAの正常な転写と翻訳（パート3参照）が停止し、間期の特徴である核内の緩く配置されたDNAは、DNAポリメラーゼトポイソメラーゼを含む酵素によって緊密に巻かれる。 これは染色体に凝縮するDNAで起因します（パート1を見て下さい）。

  前期中の核内の染色体の出現は、差し迫った細胞分裂を示す。 この段階では、DNAはすでに複製されているので、各染色体は、中央領域、動原体で結合された二つの同一の姉妹染色分体（複製された染色体の正確なコピー）

  核膜は徐々に分解し、染色体は細胞質に自由に浮遊する。

  中期

  セントリオールと呼ばれる細胞質オルガネラは、その動原体で各染色体に付着し、足場を形成する薄い収縮性紡錘体細管を産生する。 中心小体および紡錘形細管は、各染色体を細胞の中央領域（赤道）に移動させる。

  後期

  紡錘形細管が収縮し、それによって各染色分体が同一の姉妹から離れ、細胞の反対の極に向かって引っ張られる。

  終期

  分離された染色分体は、細胞の二つの反対の極で単離され、そこでそれぞれ46本の染色体の二つのセットを形成する。 新しい核膜は、染色体の各二倍体セットの周りに形成し始めます。 二つの新しい核の間の細胞質は、最終的に二つの新しい細胞への完全な分離をもたらす細胞質分裂と呼ばれるプロセスを介して切断し始めます。

  細胞質分裂は、各娘細胞がミトコンドリアや小胞体などの本質的な細胞小器官を含む細胞質の一部を受け取ることを保証する。

  細胞質分裂は、各娘細胞がミトコンドリアや小胞体などの細胞質の一部を受け取ることを保証する。 これにより、それぞれの新しい細胞は、それ自身の分子を構築し、細胞代謝を行い、それが独立して成長し、成熟し、生存することを可能にする細胞内成分を有することが保証される。

  徐々に、各核内の染色体は、それらが脱凝縮としてあまり明確になり、その結果、密度の低いDNAが配置されていません。

  徐々に、各核内の染色体は、より密 核生物の顆粒状の外観が回復し、細胞が間期に戻っていることを示す。 核の緩く整理されたDNAでコードされる遺伝子配列はribonucleic酸(RNA)に今自由に転写され、最終的に細胞成長を可能にし、細胞新陳代謝を運転する蛋白質に翻訳

  有糸分裂の制御

  有糸分裂は、細胞分裂の各段階の正確な調整を確実にする一連の”チェックポイント”を介して監視される。 残念なことに、厳格な品質管理メカニズムが整っていても、細胞分裂プロセスは調節不全になり、制御されなくなり、時には悪性腫瘍になることがあ他のタイプの細胞分裂、減数分裂は、精巣および卵巣の胚細胞にのみ関係する。

  減数分裂は、精巣および卵巣の胚細胞にのみ関係する。

  減数分裂 それは配偶子–精子と卵子–の形成に不可欠であり、精子と卵子によって運ばれる遺伝子が非常に可変であることを保証し、私たちの”遺伝子のデッキ”を”シャッフル”することによって遺伝的変動を導入する責任があります。減数分裂の間、精子と卵子が一倍体の精子が一倍体の卵子に浸透すると、受精の間に二倍体の数が回復するように、二倍体の数（46）を半分にする。 それはまた、各子孫が母親から約半分の遺伝子を受け取り、父親から半分の遺伝子を受け取ることを保証します。 有糸分裂で起こるものとは異なり、娘細胞は親細胞からDNAの同一の補体を受け取らない。

  減数分裂は、減数分裂I（図3）と減数分裂II（図4）の二つの段階で起こり、それぞれが四つの段階（前期、中期、後期および終期）を包含する。有糸分裂の場合と同様に、DNA複製は期間に起こるので、前期Iの開始時に、各染色体は二つの同一の染色分体からなる。 私たちの細胞に存在する23対の染色体のそれぞれにおいて、1つの染色体は母親から来ており、1つは父親から来ています。 これらの相同染色体は非常に密接にペアリングし、隣接する姉妹染色分体のセグメントを”交差”と呼ばれるプロセスで交換することができます。 交差の間に、母方および父方の染色体のセクションは遺伝子の異なった類別を持っていて得られた新しい染色体が場所に切られ、交換され、そしてス このプロセスは、遺伝的変異を保証し、人口の遺伝的および物理的多様性のために主に責任があります。 交差した後、核エンベロープは徐々に破壊され、染色体は細胞質に懸濁されたままになる。

  中期I. 紡錘の細管は動原体で染色体に形作り、付す。 染色体は、細胞（赤道）の中央領域に操縦されています。

  後期I.紡錘形尿細管が収縮し、各相同染色体対の各メンバーを細胞内の反対の極に引き離す。

  後期I.紡錘形尿細管が収縮し、各相同染色体対の各メンバー 中期ｉの間の母体染色体および父方染色体の配置、および後期ｉの間のその後の分離は完全にランダムである。 この独立した染色体の品揃えは、精子と卵子が母体と父方の染色体の良いミックスを受け取ることを保証します。

  終期I. 細胞の各極における染色体の数は、46（二倍体数）から23（一倍体数）に半分に減少している。 新しい核膜は、染色体の各一倍体セットの周りに徐々に形成され、細胞質分裂は細胞質の切断をもたらす。 これは最終的に二つの新しい一倍体娘細胞を生成します。

  

  減数分裂II

  それぞれの新しい一倍体娘細胞は、細胞分裂の第二段階、減数分裂IIを受ける（図4）。 減数分裂IIの段階は、ほとんどの点で、有糸分裂の段階と同一である:

  • 前期II–核膜が破壊され、染色体が細胞質に懸濁されたままになります。
  • 中期II–紡錘細管が形成され、各染色体の動原体に付着し、赤道領域に染色体を操縦します。
  • 後期II–紡錘細管が収縮し、各染色分体を姉妹染色分体から細胞の反対の極に向かって引き離します。
  • 終期II–各染色分体の周りに新しい核エンベロープが形成されます。染色体の一倍体セット、および細胞質分裂は、細胞の切断をもたらす; これにより、2つの新しい一倍体娘細胞が生成される。

  

  配偶子形成

  男性では、精子は精巣の精細管に形成されます。 精巣（精母細胞）の胚細胞は二倍体一次精母細胞を生じさせ、それは減数分裂を受けて四倍体精子を生じる。 成人男性は、一日あたり80-300万人の割合で膨大な数の精子を産生する。

  彼らの生殖年の間に女性によって生産された卵子の数は有意に低いです。 卵巣の胚細胞（卵子）は、二倍体一次卵母細胞を生じさせ、次いで減数分裂を受けて一倍体卵母細胞（卵母細胞）を形成する。 出生時には約200万個の卵子が存在するが、それらのほとんどは年齢とともに徐々に退化する。 これは、彼女の肥沃な年の間に、女性は平均して約400の生存可能な卵子しか放出しないことを意味します（VanPutte et al、2017）。減数分裂の重要な機能は、23本の染色体の一倍体数を持つ配偶子を作成することです。

  非分裂

  減数分裂の重要な機能は、23本の染色体の一倍 年齢とともに、減数分裂中に起こる相同染色体の分離は効率が低下し、余分な染色体が配偶子に引き継がれる可能性があることを意味する。 この現象は非解離と呼ばれます。

  非解離は、一般的に、染色体21の余分なコピーを有する高齢女性の卵子をもたらす。 精子細胞がそのような卵子を受精させると、それはそれ自身の染色体21のコピーを送達し、トリソミー21とダウン症候群の赤ちゃんをもたらす（第1部を参

  母親の年齢は、一般的に染色体障害を持つ赤ちゃんを持つための主要な危険因子として引用されているが、それは今、ダウン症候群や異数性（余分

  母親の年齢は、一般的にダウン症候群または異数性の他のタイプの赤ちゃんを持つための主な危険因子として引用されているが、我々は今、これらの遺伝的条件はまた、精子細胞（米国国立ダウン症候群協会）の形成中に非解離の結果として発生するように、父親の年齢も危険因子であることを知っています。 現在の証拠は、トリソミー21の症例の約90％が卵子内の染色体21の余分なコピーに起因し、精子内の余分なコピーから約4％、および出生前の発達中の細胞分裂の誤りからの残りの症例であることを示している（米国国立小児健康人間開発研究所）。

  結論

  遺伝子は遺伝の基本的な単位です。 減数分裂中の染色体の交差と染色体の独立した品揃えは、精子と卵子が母親と父親から継承された遺伝子のランダムな組み合わせを有することを これは遺伝的多様性を保証する。 遺伝子は最終的に私たちの体を構築するタンパク質と私たちの生化学を制御する酵素を構築するための情報をコードします。 第3部では、DNA配列のタンパク質への翻訳を探求します。

  キーポイント

  • 細胞分裂は、私たちの物理的な体を維持し、遺伝子の継承と遺伝的多様性を確保するために不可欠です
  • 細胞分裂は、有糸分裂または減数分裂のプロセスのいずれかを介して発生します
  • 有糸分裂では、二倍体親細胞は、二つの同一の二倍体娘細胞を生じさせます
  • 減数分裂では、卵巣と精巣の胚細胞でのみ発生し、二倍体親細胞は、四つの非同一の一倍体娘細胞を生成します
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  • 減数分裂中の染色体の交差は、遺伝的多様性に寄与する

  

  • この記事を読んだ後、NT自己評価であなたの知識をテストします。 あなたが80％以上を獲得した場合は、パーソナライズされた証明書をダウンロードし、再検証のためのCPDの証拠としてNTポートフォリオに保存することができま Cary,NC:Sinauer Associates/Oxford University Press.
    Elmore S(2007)Apoptosis:a review of programmed cell death. 毒性病理;35:4,495-516.
    Knight J,Andrade M(2018)遺伝子と染色体1:遺伝学の基本原則。 看護タイムズ;114:7,42-45.
    Reha-Krantz LJ(2010)DNA polymerase proofreading:multiple roles maintain genome stability. Ｂｉｏｃｈｉｍｉｃａ ｅ ｔ Ｂｉｏｐｈｙｓｉｃａ Ａｃｔａ；１ ８ ０ ４：５，１ ０ ４ ９−１ ０ ６ ３．
    VanPutte CL et al(2017)Seeley’s Anatomy and Physiology. ニューヨーク、ニューヨーク：マグロウヒル教育。