Mayoz ( ), cinsel yolla üreyen organizmaların germ hücrelerinde meydana gelen ve sperm veya yumurta hücreleri gibi gametlerin üretimine yol açan özel bir hücre bölünmesi biçimini temsil eder. Bu karmaşık süreç, birbirini takip eden iki bölünme turunu içerir ve sonuçta her biri haploid bir kromozom setine (her birinin tek bir kopyasına) sahip olan dört yavru hücre elde edilir. Bu bölünmelerden önce, baba ve annenin homolog kromozomlarından gelen genetik materyal, her bir kromozom üzerinde yeni genetik kombinasyonlar oluşturan çaprazlama işlemine tabi tutulur. Daha sonra, döllenme sırasında, bir erkek ve bir dişi organizmadan mayoz yoluyla üretilen haploid hücreler birleşerek her kromozomun iki kopyasıyla karakterize edilen diploid bir hücre olan zigotu oluşturur.
Mayoz ( ), eşeyli üreyen organizmalarda gametleri, spermleri veya yumurta hücrelerini üreten germ hücrelerinin özel bir hücre bölünmesi türüdür. Sonuçta her biri her kromozomun (haploid) yalnızca bir kopyasına sahip olan dört hücreyle sonuçlanan iki bölünme turu içerir. Ek olarak, bölünmeden önce, her bir kromozomun baba ve anne kopyalarından gelen genetik materyal çaprazlanarak her bir kromozom üzerinde yeni kod kombinasyonları oluşturulur. Daha sonra, döllenme sırasında, bir erkek ve bir dişiden mayoz bölünmeyle üretilen haploid hücreler birleşerek her kromozomun iki kopyasına sahip bir hücre olan zigot oluşturacaktır.
Mayoz sırasında meydana gelen ve anöploidi (anormal sayıda kromozom) ile sonuçlanan anormallikler, düşüklerin bilinen en yaygın nedeni olarak tanımlanır ve gelişimsel bozuklukların en sık görülen genetik etiyolojisini temsil eder.
Mayozda DNA replikasyonu, şu şekilde gerçekleşir: Her biri orijinal ana hücrenin kromozomal tamamlayıcısının yarısına sahip olan dört yavru hücrenin üretimiyle sonuçlanan iki tur hücre bölünmesi. Bu iki ardışık mayoz bölünme, Mayoz I ve Mayoz II olarak adlandırılır. Mayozun başlangıcından önce, hücre döngüsünün S fazı sırasında, her bir kromozomun DNA'sı kopyalanır, bu da kardeş kromatid uyumu yoluyla ilişkili kalan iki özdeş kardeş kromatid ile sonuçlanır. Bu spesifik S fazına genellikle "premayotik S fazı" veya "mayotik S fazı" adı verilir. DNA replikasyonunun hemen ardından mayotik hücreler, mayotik profaz olarak bilinen uzun süreli G2 benzeri bir aşamaya girer. Bu kritik dönemde, homolog kromozomlar çiftleşir ve genetik bilgi alışverişini sağlayan DNA bölünmesini ve onarımını içeren hassas bir şekilde programlanmış bir süreç olan genetik rekombinasyona uğrar. Bu rekombinasyon olaylarının bir alt kümesi, homolog kromozomlar arasında kiazmata (tekil: kiazma, Yunanca Chi, Χ harfinden türetilmiştir) olarak bilinen fiziksel bağlantılar oluşturan çapraz geçişlere yol açar. Çoğu organizmada, bu kiazma, Mayoz I sırasında her bir homolog kromozom çiftinin doğru şekilde ayrılmasını kolaylaştırır ve ana hücrede bulunan kromozom sayısının yarısını içeren iki haploid hücre sağlar.
Mayoz II sırasında, kardeş kromatidler arasındaki uyum serbest bırakılır ve mitozda gözlemlenene benzer bir süreçle bunların birbirlerinden ayrılmasına yol açar. Bazı durumlarda, dört mayotik ürünün tamamı sperm, spor veya polen gibi gametlere dönüşür. Bununla birlikte, dişi hayvanlarda, dört mayotik üründen üçü tipik olarak polar gövdelere ekstrüzyon yoluyla elimine edilir ve yalnızca bir hücre, bir yumurta oluşturmak üzere olgunlaşır. Mayoz sırasında kromozom sayısının yarıya indirilmesi, gametlerin döllenme sırasında kaynaşmasını sağlar ve her bir kromozomun iki kopyasını içeren, bir tanesi ebeveynlerden miras alınan diploid bir zigot oluşturur. Bu nedenle, birbirini izleyen mayoz ve döllenme döngüleri eşeyli üreme için temeldir ve kromozom sayısının birbirini izleyen nesiller boyunca tutarlı bir şekilde korunmasını sağlar. Örneğin diploid insan hücreleri, yarısı anneden, yarısı da babadan gelen bir çift cinsiyet kromozomu (toplam 46 kromozom) dahil olmak üzere 23 çift kromozom içerir. Mayoz bölünme, her biri tek bir 23 kromozom seti içeren haploid gametler (yumurta veya sperm) üretir. Bir yumurta ve bir sperm birleştiğinde ortaya çıkan zigot bir kez daha diploid hale gelir ve hem anne hem de baba 23 kromozoma katkıda bulunur. Bu genel model, kromozomların kesin sayısında farklılıklar olsa da, mayoz bölünmeyi kullanan tüm organizmaların karakteristik özelliğidir.
Mayoz bölünme, hayvanlar, bitkiler ve mantarlar da dahil olmak üzere hem tek hücreli hem de çok hücreli ökaryotları kapsayan, eşeyli üreyen tüm organizmalarda gözlemlenen temel bir biyolojik süreçtir. Hem oogenez hem de spermatogenez için önemli bir mekanizma oluşturur.
Genel Bakış
Mayoz süreci temel olarak mitozun daha genel hücresel bölünme süreciyle ilişkili olsa da, iki önemli farklılıkla ayırt edilir:
Mayoz bölünme, doğası gereği her kromozomun iki kopyasına sahip olan ve homolog olarak adlandırılan diploid bir hücreyle başlar. Başlangıçta hücre DNA replikasyonuna uğrar, bu da her bir homologun iki özdeş kardeş kromatid içermesiyle sonuçlanır. Daha sonra, her bir homolog seti eşleşir ve homolog rekombinasyona dahil olur, bu da genetik bilgi alışverişini kolaylaştırır; bu da sıklıkla homologlar arasında geçişler olarak bilinen fiziksel bağlantıların oluşumuna yol açar. İlk mayotik bölünme sırasında, iğ aparatı homologları ayrı yavru hücrelere ayırır. Hücreler daha sonra araya giren bir DNA replikasyonu turu olmaksızın ikinci bir bölünmeye geçer. Sonraki bölünmede, kardeş kromatitler farklı yavru hücrelere ayrılır ve sonuçta toplam dört haploid hücre elde edilir. Dişi hayvanlar bu modelden hafif bir sapma göstererek bir büyük yumurtalık ve üç küçük kutup gövdesi üretirler. Rekombinasyon nedeniyle, bireysel bir kromatid, anne ve babaya ait genetik bilgilerin yeni bir kombinasyonunu içerebilir, böylece ebeveynlerden genetik olarak farklı yavrular üretilebilir. Ayrıca, tek bir gamet çeşitli anne, baba ve rekombinant kromatidler içerebilir. Eşeyli üremenin bir ürünü olan bu genetik çeşitlilik, doğal seçilimin üzerinde çalıştığı özelliklerdeki çeşitliliğe önemli ölçüde katkıda bulunur.
Mayoz, tek bir ana hücreden genetik olarak özdeş iki yavru hücre üretmek için ökaryotların kullandığı hücre bölünmesi biçimi olan mitozla çok sayıda mekanizmayı paylaşır. Bazı bitkilerde, mantarlarda ve protistlerde mayoz bölünme, döllenme gerektirmeden bitkisel bölünme yapabilen haploid hücreler olan sporların oluşumuyla sonuçlanır. Bunun tersine, bdelloid rotiferler gibi bazı ökaryotlar mayoz bölünme kapasitesine sahip değildir ve partenogenez yoluyla çoğalma yeteneğini geliştirmişlerdir.
Genellikle ikili bölünme yoluyla eşeysiz olarak üreyen arkelerde veya bakterilerde mayoz oluşmaz. Bununla birlikte, yatay gen transferi olarak adlandırılan "cinsel" bir süreç, DNA'nın bir bakteriden veya arkeden diğerine aktarılmasını ve ardından farklı ebeveyn kaynaklarından gelen bu DNA moleküllerinin rekombinasyonunu içerir.
Geçmiş
Mayozun ilk keşfi ve tanımı, Alman biyolog Oscar Hertwig'e atfedilen, 1876 yılında deniz kestanesi yumurtalarında meydana geldi. Daha sonra, 1883'te Belçikalı zoolog Edouard Van Beneden, Ascaris yuvarlak kurt yumurtalarındaki sürecin kromozom düzeyinde bir tanımını yaptı. Bununla birlikte mayozun üreme ve kalıtım açısından derin önemi ancak 1890'da Alman biyolog August Weismann tarafından aydınlatıldı. Weismann, sabit bir kromozom sayısını korurken bir diploid hücreyi dört haploid hücreye dönüştürmek için iki hücre bölünmesinin gerekli olduğunu öne sürdü. 1911'de Amerikalı genetikçi Thomas Hunt Morgan, meyve sineği Drosophila melanogaster'de mayoz bölünme sırasında çapraz geçişler tespit etti; bu bulgu, genetik özelliklerin kromozomlar üzerinde aktarıldığını belirlemede etkili oldu.
"Mayoz" terimi, Yunanca μείωσις, 'azalma' anlamına gelir. Biyolojik terminolojiye J.B. Farmer ve J.E.S. tarafından tanıtıldı. 1905'te Moore, başlangıçta kendine özgü "maiosis" yazımı ile çevrilmişti:
Flemming tarafından Heterotip ve Homotip olarak tanımlanan iki bölümün içerdiği nükleer değişimlerin tamamını kapsayacak şekilde Maiosis veya Maiotik evre terimlerini kullanmayı öneriyoruz.
Yazım daha sonra geleneksel Yunanca harf çevirisi uygulamalarına uymak için Koernicke (1905) ve Pantel ve De Sinety (1906) tarafından "mayoz" şeklinde standartlaştırıldı.
Aşamalar
Mayoz, Mayoz I ve Mayoz II olarak tanımlanır ve bunlar ayrıca sırasıyla Karyokinesis I, Sitokinesis I, Karyokinesis II ve Sitokinesis II olarak alt bölümlere ayrılır. Mayozdan önceki hazırlık aşamaları yapı ve isimlendirme açısından mitotik hücre döngüsünün ara fazıyla aynıdır. Interphase'in kendisi üç farklı aşamaya ayrılmıştır:
- Büyüme 1 (G1) aşaması: Oldukça aktif olan bu aşamada hücre, büyümesi için gerekli olan enzimleri ve yapısal proteinleri kapsayan çok çeşitli proteinleri sentezler. G§23§'te her kromozom tek bir doğrusal DNA molekülünden oluşur.
- Sentez (S) aşaması: Genetik materyal replikasyona uğrar; Hücre içindeki her bir kromozom, bir sentromere bağlı kalan iki özdeş kardeş kromatid oluşturacak şekilde kopyalanır. Bu kopyalama hücrenin ploidisini değiştirmez çünkü sentromer sayısı sabit kalır. Aynı kardeş kromatitler henüz ışık mikroskobu altında gözlemlenebilen yoğun şekilde paketlenmiş kromozomlar halinde yoğunlaşmamıştır; bu yoğunlaşma mayoz bölünmenin I. fazı sırasında meydana gelecektir.
- Genellikle mitozdan önce gözlenen G2 aşaması mayoz bölünmede yoktur. Bunun yerine mayotik profaz, mitotik hücre döngüsünün G§45§ fazına en yakın benzerliği gösterir.
İnterfazın ardından mayoz süreç birbirini takip eden iki bölümde ortaya çıkar: Mayoz I ve Mayoz II. Mayoz I, her biri iki kardeş kromatid içeren kopyalanmış homolog kromozomların iki farklı yavru hücreye ayrılmasını ve böylece kromozom sayısının yarıya indirilmesini içerir. Daha sonra mayoz II sırasında kardeş kromatidler ayrışır ve sonuçta ortaya çıkan yavru kromozomların dört yavru hücreye ayrılmasına yol açar. Diploid organizmalarda mayoz yoluyla üretilen hücreler haploiddir ve her kromozomun tek bir kopyasına sahiptir. Bazı türler, mayoz I ve mayoz II arasında, interkinesis adı verilen, araya giren bir hareketsiz dönem sergiler.
Hem Mayoz I hem de Mayoz II, mitotik hücre döngüsündeki benzerlerine benzer işlevlere hizmet eden profaz, metafaz, anafaz ve telofaz aşamalarına bölünür. Sonuç olarak mayoz bölünme, Mayoz I (profaz I, metafaz I, anafaz I, telofaz I) ve Mayoz II (profaz II, metafaz II, anafaz II, telofaz II) aşamalarını kapsar.
Mayoz sırasında belirli genlerin transkripsiyonunun arttığı gözlenir. Güçlü mayotik aşamaya özgü mRNA ekspresyonunun ötesinde, önceden var olan mRNA'nın seçici kullanımı gibi kapsamlı translasyon kontrolleri, aynı zamanda genlerin nihai mayotik aşamaya özgü protein ekspresyonunu da yönetir. Bu nedenle, hem transkripsiyonel hem de translasyonel düzenleyici mekanizmalar, mayoz bölünme için gerekli olan kapsamlı hücresel yeniden organizasyonun düzenlenmesi açısından çok önemlidir.
Mayoz I
Mayoz I, başlangıçta tetradlar (2n, 4c) olarak ilişkilendirilen homolog kromozomların ayrılmasını içerir ve bunun sonucunda iki haploid hücre (n kromozom, insanlarda 23) oluşur. Bu hücrelerin her biri daha sonra kromatid çiftleri (1n, 2c) içerir. Ploidi seviyesinin diploidden haploide doğru azaldığı göz önüne alındığında, Mayoz I, indirgenme bölünmesi olarak tanımlanır. Buna karşılık, Mayoz II, kardeş kromatitlerin ayrıldığı ve sonuçta dört haploid yavru hücrenin (1n, 1c) oluştuğu mitozu yansıtan bir denklemsel bölünme olarak işlev görür.
Profaz I
Profaz I, mayozun en uzun süren aşamasını oluşturur ve farelerde 14 günün 13'ünü kapsar. Bu aşamada, homolog anne ve baba kromozomları, homolog rekombinasyon yoluyla eşleşme, sinaps ve genetik bilgi alışverişine uğrar ve kromozom başına en az bir çapraz geçişin oluşmasına yol açar. Bu geçişler görünür kiazma (çoğul; tekil kiazma) olarak ortaya çıkar. Bu karmaşık süreç, homolog kromozomlar arasında istikrarlı bir birleşme sağlar ve böylece başlangıç mayotik bölünme sırasında bunların kesin olarak ayrılmasını kolaylaştırır. Eşleştirilmiş ve kopyalanmış kromozomlara, her bir kromozom farklı bir ebeveynden kaynaklanan iki değerlikli (iki kromozomdan oluşan) veya tetrad (dört kromatitten oluşan) olarak adlandırılır. Profaz I ayrıca kromozomların morfolojik özelliklerine göre kategorize edilen birkaç alt aşamaya ayrılmıştır.
Leptoten
Profaz I'in ilk alt aşaması, "ince iplikler" anlamına gelen Yunanca köklerden türetilen ve leptonema olarak da adlandırılan leptoten aşamasıdır. Profaz I'in bu aşamasında, her biri iki kopyalanmış kardeş kromatitten oluşan bireysel kromozomlar, çekirdek içindeki ipliksi yapılar olarak belirgin ve görünür hale gelir. Her kromozom, kohezin aracılık ettiği bir süreç olan, doğrusal bir ilmek düzenlemesi halinde düzenlenir. Eş zamanlı olarak, sinaptonemal kompleksin yan elemanları bir araya gelerek bu halkaların uzandığı bir "eksenel eleman" oluşturur. Rekombinasyon, programlanmış çift sarmallı kırılmalara (farelerde mayoz başına yaklaşık 300) neden olan SPO11 enzimi tarafından katalize edilen leptoten sırasında başlar. Bu enzimatik aktivite, daha sonra RAD51 ve DMC1 ile kaplanan tek sarmallı DNA filamentlerinin oluşumuna yol açar. Bu kaplanmış filamanlar daha sonra homolog kromozomları istila ederek eksenler arası köprüler kurar ve homologların eşleşmesini veya birlikte hizalanmasını kolaylaştırır (farelerde yaklaşık 400 nm'lik bir yakınlığa ulaşılır).
Zigot
Leptotenin ardından zigonema olarak da adlandırılan zigot aşaması başlar. Bu terim, "eşleştirilmiş iplikler" anlamına gelen Yunanca kelimelerden kaynaklanmaktadır. Bazı organizmalarda bu aşama, telomerlerin çekirdeğin bir kutbunda karakteristik kümelenmesinden dolayı buket aşaması olarak da bilinir. Zigoten sırasında, homolog kromozomlar önemli ölçüde daha yakın (yaklaşık 100 nm) ve daha stabil bir birleşmeye ulaşır; bu süreç sinapsis olarak adlandırılır. Bu yakın eşleşme, sinaptonemal kompleksin enine ve merkezi elemanlarının bir araya getirilmesiyle kolaylaştırılır. Synapsis'in bir rekombinasyon nodülünden başlayarak fermuar benzeri bir şekilde ilerleyeceği varsayılmaktadır. Ortaya çıkan eşleştirilmiş kromozomlar, iki değerlikli veya dörtlü kromozomlar olarak adlandırılır.
Pachytene
Pakinema olarak da tanımlanan ve "kalın iplikler" anlamına gelen Yunanca terimlerden türetilen pakiten aşaması, tüm otozomal kromozomların sinaps geçirdiği noktayı işaret eder. Bu aşamada, kromozomal çaprazlamayı kapsayan homolog rekombinasyon, leptoten kaynaklı çift iplikli kırılmaların onarılması yoluyla tamamlanır. Bu kırılmaların çoğunluğu çapraz geçişler oluşturulmadan onarılır ve bu da gen dönüşümüne yol açar. Bununla birlikte, belirli bir kırılma alt kümesi (kromozom başına en az bir tane), kardeş olmayan (homolog) kromozomlar arasında geçişler oluşturarak genetik materyal değişimini kolaylaştırır. Homolog kromatitler arasındaki bu değişim, genetik rekombinasyonla sonuçlanır ve her bir kromozomun, herhangi bir boşluk olmadan tüm bilgi içeriğini korumasını sağlar. Sinaptonemal kompleks içindeki kromozomların ayırt edilemez doğasından dolayı, gerçek geçiş olayı standart ışık mikroskobu ile fark edilemez; chiasmata yalnızca sonraki aşamada görünür hale gelir.
Diploten
Yunanca "iki iplik" anlamına gelen sözcüklerden türetilen ve diplonema olarak da adlandırılan diploten aşamasında, sinaptonemal kompleks parçalanmaya uğrar ve homolog kromozomlar hafifçe ayrılmaya başlar. Bu ayrılığa rağmen, her iki değerlikli içindeki homolog kromozomlar, daha önce geçişin gerçekleştiği yerler olan kiazmata'da sıkı bağlantıları korur. Bu kiyazmalar, anafaz I'e geçiş sırasında bölünene kadar kromozomlar üzerinde kalır ve homolog kromozomların karşıt hücresel kutuplara göç etmesini sağlar.
İnsan fetal oogenezinde, gelişmekte olan tüm oositler bu aşamaya ilerler ve ardından doğumdan önce profaz I'de tutuklanır. Bu uzun süreli hareketsizlik durumu, dikyoten aşaması veya diktiat olarak tanımlanır. Bu durum, oositin ergenlik döneminde veya muhtemelen daha sonra meydana gelebilecek bir olay olan yumurtlamaya hazırlanması için mayoz bölünmenin yeniden başlamasına kadar devam eder.
Diakinesis
Kromozomlar, "ileriye doğru ilerlemek" anlamına gelen Yunanca sözcüklerden gelen bir terim olan diakinesis aşamasında daha fazla yoğunlaşmaya uğrar. Bu aşama, tetratların dört bileşeninin açıkça görülebildiği mayoz bölünmenin başlangıç noktasını temsil eder. Geçiş yerleri iç içe geçerek, kiazmata'nın açıkça fark edilebilir olmasını sağlayan bir örtüşme etkisi yaratır. Bu özel gözlemin dışında, bu aşamanın geri kalanı mitozun prometafazına yakından paraleldir: nükleoller kaybolur, nükleer membran keseciklere ayrılır ve mayotik iğ oluşumuna başlar.
Mayotik Mil Oluşumu
Mitotik hücrelerin aksine, insan ve fare oositleri, mayotik milin oluşumu için gereken sentrozomlardan yoksundur. Fare oositlerinde, yaklaşık 80 MikroTubül Düzenleme Merkezi (MTOC), ooplazma içinde küresel bir yapı halinde birleşerek, kinetokorlarında kromozomlara doğru uzanan ve onlara bağlanan mikrotübüllerin çekirdeklenmesini başlatır. Aşamalı olarak bu MTOC'ler birleşerek iki farklı kutup ve fıçı şeklinde bir mil oluşumuyla sonuçlanır. İnsan oositlerinde, iğ mikrotübül çekirdeklenmesi doğrudan kromozomlar üzerinde başlar ve daha sonra onları saracak şekilde genişleyen bir aster oluşturur. Kromozomlar daha sonra mikrotübüller boyunca iş milinin ekvatoruna doğru göç eder ve burada kinetokorları mikrotübüllere uçtan uca bağlantılar kurar.
Metafaz I
Homolog çiftler metafaz plakası boyunca göç eder ve hizalanır. Her iki iğ kutbundan kaynaklanan kinetochore mikrotübülleri, karşılık gelen kinetokorlara bağlanarak, eşleştirilmiş homolog kromozomların, iş milini ikiye bölen bir ekvator düzlemi boyunca kendilerini düzenlemelerine neden olur. Bu hizalanma, homolog kromozomların iki kinetokorundan yayılan mikrotübüller tarafından iki değerlikler üzerine uygulanan sürekli dengeleme kuvvetleri tarafından korunur; bu konfigürasyon, bipolar bağlanma olarak adlandırılır. Kromozomların bağımsız çeşitliliğinin altında yatan temel fiziksel mekanizma, her iki değerlikli maddenin metafaz plakası boyunca rastgele yönelimi, aynı ekvator ekseni boyunca diğer iki değerliklilerin yönelimine göredir. Kohezin protein kompleksi, kardeş kromatidler arasındaki bağlantıyı replikasyonlarından anafaz I'e kadar korur. Mitotik bölünmede, kinetochore mikrotübülleri tarafından uygulanan karşıt kuvvetler, hücrenin algıladığı gerilimi üretir ve tüm kromozomlar doğru şekilde iki yönlü olana kadar anafaza ilerlemeyi önler. Mayoz bölünmede bu gerilimin oluşması, kardeş kromatitler arasındaki kohezine ek olarak kromozom çifti başına en az bir çapraz geçiş gerektirir.
Anafaz I
Kinetokor mikrotübülleri kısalır, böylece her biri bir çift kardeş kromatid içeren homolog kromozomlar karşıt hücresel kutuplara doğru çekilir. Eş zamanlı olarak kinetokor olmayan mikrotübüller de genişleyerek sentrozomların ayrılmasını kolaylaştırır. Hücre daha sonra uzar ve merkezi bölünmeye hazırlanır. Mitozdan farklı olarak, kromozom kollarında bulunan kohezin bozulurken, sentromeri çevreleyen kohezin, bir protein olan (Japonca'da "koruyucu ruh" anlamına gelen) Shugoshin tarafından korunur. Bu koruyucu mekanizma, homolog kromozomlar ayrılırken kardeş kromatidlerin bir arada kalmasını sağlar.
Telophase I
İlk mayotik bölünme, kromozomların hücresel kutuplara ulaşmasıyla sona erer. Her yeni doğan yavru hücre daha sonra haploid bir kromozom tamamlayıcısına sahip olur ve her kromozom hala bir çift kromatitten oluşur. İş mili ağının mikrotübülleri dağılır ve yeni bir nükleer membran, her bir haploid seti içine alır. Hayvan hücrelerinde hücre zarının yayılması veya bitki hücrelerinde hücre duvarının gelişmesiyle karakterize edilen sitokinez, daha sonra ilerleyerek iki yavru hücrenin oluşmasıyla sonuçlanır. Bununla birlikte, sitokinez sıklıkla eksik kalır ve mayoz II'nin sona ermesine kadar yavru hücreler arasında sitoplazmik alışverişe izin veren "sitoplazmik köprüler" oluşturur. Kardeş kromatidler, Telofaz I boyunca bağlanmalarını korur.
Telofaz I'in ardından hücreler, interkinez veya interfaz II olarak adlandırılan hareketsiz bir aşamaya geçebilir. Bu süre zarfında DNA replikasyonu gerçekleşmez.
Mayoz II
Mayoz II, tipik olarak kardeş kromatidlerin ayrılmasını gerektiren eşit ayrılmayı içeren ikinci mayotik bölünmeyi temsil eder. Mekanik olarak bu süreç mitoza benzerlik gösterir; ancak genetik sonuçları son derece farklıdır. Mayoz I sırasında üretilen iki haploid hücreden (her biri n kromozom içerir, kendileri iki kardeş kromatidden oluşur) dört haploid hücrenin (n kromozom; insanlarda 23) oluşmasıyla sonuçlanır. Mayoz II'nin dört ana aşaması Profaz II, Metafaz II, Anafaz II ve Telofaz II'dir.
Profaz II sırasında nükleoller ve nükleer zarf bir kez daha dağılırken kromatitler kısalma ve kalınlaşma meydana gelir. Sentrozomlar kutup bölgelerine doğru göç ederek ikinci mayoz bölünme için gerekli olan iğ liflerini düzenler.
Metafaz II sırasında her bir sentromer, karşıt kutuplarda konumlanan sentrozomlardan kaynaklanan iğ lifleriyle bağlantılar kuran iki kinetokor içerir. Yeni oluşturulan ekvatoral metafaz plakası, Mayoz I'deki konumuna göre 90 derece yönlendirilir, dolayısıyla önceki plakaya dik durur.
Daha sonra Anafaz II başlar ve bu sırada artık Shugoshin tarafından korunmayan artık sentromerik kohesin yarılır. Bu bölünme kardeş kromatidlerin ayrılmasını kolaylaştırır. Geleneksel olarak, bu ayrılan kardeş kromatitler, zıt kutuplara doğru göç ettikçe kardeş kromozomlar olarak yeniden adlandırılır.
Süreç, iş mili aparatının sökülmesinin yanı sıra kromozomların yoğunlaşması ve uzaması ile karakterize edilen, Telofaz I'e benzer bir aşama olan Telofaz II ile sonuçlanır. Nükleer zarflar daha sonra yeniden oluşur ve yarılma karık oluşumu ya da hücre plakası gelişimi sonuçta her biri haploid kromozom tamamlayıcısı içeren toplam dört yavru hücre verir.
Bu aşamaların tamamlanmasının ardından mayoz bölünme sona erer ve dört yeni yavru hücrenin oluşmasıyla sonuçlanır.
Kökeni ve İşlevi
Mayozun Kökeni
Mayoz bölünme, ökaryotik organizmaların temel bir özelliği olarak kabul edilir ve muhtemelen evrimsel tarihlerinin başlarında ortaya çıkar. Daha önce mayotik üremeden yoksun olduğuna inanılan ökaryotların, yakın zamanda bu kapasiteye sahip olduğu ya da bir zamanlar sahip olduğu kanıtlandı. Örneğin, yaygın bir bağırsak paraziti olan Giardia bağırsak'ın, önceden mayoz ve cinsel üremenin evriminden önceki bir soydan geldiği düşünülüyordu. Yine de G. bağırsakların, özellikle mayoz bölünmeye özgü beş gen dahil olmak üzere, mayotik genlerin çekirdek tamamlayıcısını içerdiği artık tanımlanmıştır. Ayrıca, G'de eşeyli üremeyi ifade eden mayotik rekombinasyonun kanıtı tespit edildi. bağırsak. İnsan hastalıklarından sorumlu olan Leishmania cinsine ait parazitik protozoalar, daha önce aseksüel olarak kabul edilen başka bir grubu temsil etmektedir. Ancak bu organizmaların mayotik mekanizmayla uyumlu bir cinsel döngü sergiledikleri gösterilmiştir. Amipler tarihsel olarak aseksüel olarak kabul edilirken, artık kanıtlar çoğu soyun eskiden cinsel olduğunu, aseksüel grupların çoğunluğunun yakın zamanda ve bağımsız olarak ortaya çıktığını gösteriyor. Filogenetik analize dayanarak Dacks ve Rogers, isteğe bağlı cinsel üremenin muhtemelen ökaryotların son ortak atasında mevcut olduğunu öne sürdü.
Genetik Çeşitlilik
Mayoz, mutasyonla birlikte önemli bir genetik çeşitlilik kaynağı olarak hizmet veren yeni DNA kombinasyonları üretir ve böylece avantajlar sağlayabilecek yeni alel kombinasyonları üretir. Gamet genetik çeşitliliği mayozdan iki ana mekanizma yoluyla ortaya çıkar: (1) Bağımsız Çeşitlilik: Metafaz I sırasında homolog kromozom çiftlerinin metafaz plakasında otonom olarak hizalanması, ardından metafaz II'de kardeş kromatidlerin oryantasyonu ve bunların anafaz I ve II sırasında ayrılması, kromozomların her yavru hücreye ve sonuçta gametlere rastgele ve bağımsız bir dağılımını sağlar. (2) Çaprazlama: Profaz I sırasında homolog rekombinasyon yoluyla homolog kromozomal segmentlerin karşılıklı değişimi, kromozomlar içindeki genetik materyalin yeni düzenlemelerine yol açar. Bununla birlikte, bu fiziksel değişim mayoz sırasında evrensel olarak gözlemlenmez. Örneğin, ipekböceği Bombyx mori'nin oositlerinde mayoz bölünme tamamen başarılıdır, yani çapraz geçişlerden yoksundur. B'de mayozun pakiten aşaması sırasında sinaptonemal komplekslerin varlığına rağmen. mori, eşleştirilmiş kromozomlar arasında geçiş içeren homolog rekombinasyon meydana gelmez.
Profaz I Tutuklaması
Dişi memeliler ve kuş türleri, sonraki yumurtlamalar için gerekli olan oositlerin tamamıyla birlikte doğarlar ve bu oositler, mayozun profaz I aşamasında tutuklanır. Örneğin insanlarda oositler, fetüsün içinde gebeliğin üç ila dört ayı arasında gelişir, dolayısıyla doğumda mevcut olur. Diktyat olarak bilinen ve birkaç on yıl boyunca devam edebilen bu profaz I tutuklama aşaması boyunca oositler genomun dört kopyasını içerir. Dört genom kopya aşamasında oositlerin bu şekilde durdurulmasının, germ hattı DNA hasarını onarmak için gerekli bilgi fazlalığını sağladığı varsayılmıştır. Kullanılan onarım mekanizması homolog rekombinasyonel onarım gibi görünmektedir. Profaz I'de tutuklanan oositler, özellikle eksojen olarak indüklenen çift sarmal kırılmaları söz konusu olduğunda, etkili DNA hasarı onarımı için güçlü bir kapasite sergiler. Sonuç olarak, DNA onarım kapasitesi, dişi germ hattında önemli bir kalite kontrol mekanizması ve doğurganlığı etkileyen çok önemli bir faktör olarak ortaya çıkıyor.
Germline DNA Onarımı için Bir Adaptasyon Olarak Mayoz bölünme
Genetik rekombinasyon temel olarak bir DNA onarım süreci olarak anlaşılabilir ve bunun mayoz sırasında meydana gelmesi, yavrulara iletilen genomik DNA'nın düzeltilmesi için bir adaptasyonu temsil eder. Ampirik kanıtlar, mayozun önemli bir avantajının, aşağıdaki örneklerle örneklendirildiği gibi, germline DNA hasarının rekombinasyonel onarımında yattığını göstermektedir. Hidrojen peroksit, oksidatif stresi indüklediği bilinen ve oksidatif DNA hasarına neden olduğu bilinen bir maddedir. Schizosaccharomyces pombe mayasının hidrojen peroksite maruz bırakılması, çiftleşme sıklığında ve mayotik spor oluşumunda 4 ila 18 kat artışa yol açtı. Haploid, çok hücreli, isteğe bağlı olarak eşeyli bir yeşil alg olan Volvox carteri, ısı şokuyla mayoz eşeyli üremeye maruz kalmaya teşvik edilebilir. Bu sürecin başlatılmasının antioksidanlar tarafından baskılanması, ısı şokunun neden olduğu mayotik cinsiyete muhtemelen oksidatif stresin aracılık ettiğini ve bunun da daha sonra yüksek DNA hasarına neden olduğunu düşündürmektedir.
Oluşum
Yaşam Döngüleri
Mayoz, eşeyli üreme ile karakterize edilen ökaryotik yaşam döngülerinin ayrılmaz bir bileşenidir. Bu döngüler, mitotik hücre bölünmesiyle kolaylaştırılan, ardından mayoz yoluyla gamet oluşumu ve ardından döllenme ile kolaylaştırılan tekrarlayan bir büyüme ve gelişme dizisini kapsar. Germ hücreleri, yaşam döngüsünün belirli aşamalarında gamet üretiminden sorumludur. Bunun tersine somatik hücreler organizmanın fiziksel yapısını oluşturur ve gamet oluşumuna katılmazlar.
Mayoz ve döllenmenin döngüsel etkileşimi, haploid ve diploid hücresel durumlar arasında bir değişim oluşturur. Bir yaşam döngüsü içindeki baskın organizma evresi üç biçimde ortaya çıkabilir: diploid bir durum ("diplontik yaşam döngüsü olarak adlandırılır), bir haploid durum ("haplontik yaşam döngüsü olarak adlandırılır) veya her ikisinin bir kombinasyonu (haplodiplontik yaşam döngüsü). Haplodiplontik döngü, biri haploid hücrelerden ve diğeri diploid hücrelerden oluşan iki ayrı organizma evresinin varlığıyla ayırt edilir.
Oyun öncesi mayoz bölünmeyi içeren ve insanlar tarafından örneklenen diplontik yaşam döngüsü içinde, organizma çok hücreli diploid bir varlık olarak var olur. Bu organizma diploid bir zigottan kaynaklanan mitotik bölünmeler yoluyla gelişir. Organizma içindeki diploid germ hattı kök hücreleri daha sonra mayoz bölünmeye uğrayarak haploid gametler (erkeklerde sperm ve dişilerde yumurta) oluşturur. Bu gametler daha sonra döllenme sırasında diploid zigotu yeniden oluşturmak için birleşir. Ortaya çıkan diploid zigot daha sonra olgun organizmaya dönüşmek üzere art arda mitotik hücre bölünmelerine uğrar.
Zigotik sonrası mayozla karakterize edilen haplontik yaşam döngüsünde, organizma ağırlıklı olarak haploid bir durumda bulunur. Bu haploid organizma, gamet adı verilen tek bir haploid hücrenin çoğalması ve farklılaşması yoluyla gelişir. Cinsel açıdan farklı iki organizmanın haploid gametleri birleşerek diploid bir zigot oluşturur. Bu zigot, oluşumunun hemen ardından mayoz bölünmeye uğrayarak dört haploid hücre üretir. Bu haploid hücreler daha sonra olgun haploid organizmaya dönüşmek için mitoz geçirir. Çok sayıda mantar ve protozoa haplontik yaşam döngüsü sergiler.
Sporik veya ara mayoz bölünmeyi içeren haplodiplontik yaşam döngüsü, haploid ve diploid organizma durumları arasındaki değişimle tanımlanır. Bu olgu aynı zamanda nesillerin değişimi olarak da kabul edilmektedir. Diploid organizmanın germ hattı hücreleri mayoz bölünmeye uğrar ve bu da spor üretimiyle sonuçlanır. Bu sporlar daha sonra mitoz yoluyla çoğalarak haploid bir organizmaya dönüşür. Daha sonra bu haploid organizmadan gelen bir gamet, başka bir haploid organizmadan gelen bir gametle birleşerek bir zigot oluşturur. Zigot daha sonra yeni bir diploid organizma oluşturmak için ardışık mitotik bölünmelere ve farklılaşmaya uğrar. Kavramsal olarak haplodiplontik yaşam döngüsü, hem diplontik hem de haplontik yaşam döngüsü özelliklerinin bir entegrasyonu olarak görülebilir.
Bitkiler ve Hayvanlarda
Mayoz bölünme, tüm hayvan ve bitki krallıklarında yaygın olarak görülen bir süreçtir. Temel sonuç (ebeveyn kromozom sayısının yarısına sahip gametlerin oluşması) tutarlı kalsa da spesifik mekanizmalar farklılık gösterir. Hayvanlarda mayoz bölünme doğrudan gametlerin oluşmasını sağlar. Tersine, kara bitkileri ve bazı algler, diploid sporofit nesli içindeki mayoz bölünmenin gametler yerine haploid sporlar ürettiği bir nesil değişimi sergiler. Çimlenme üzerine bu sporlar yinelemeli mitotik hücre bölünmelerine uğrar ve bu da çok hücreli haploid gametofit oluşumunun gelişmesiyle sonuçlanır. Bu gametofit daha sonra doğrudan gametler üreterek başka mayotik olaylara olan ihtiyacı ortadan kaldırır.
Hem hayvan hem de bitki filumlarında son aşama, gametlerin bir zigot oluşturacak şekilde füzyonunu içerir, böylece türe özgü diploid kromozom tamamlayıcısı geri yüklenir.
Memelilerde
Dişi memelilerde mayoz bölünme, oosit (tekil: oosit) adı verilen özel hücrelerde gerçekleşir. Her birincil oosit, her ikisi de eşit olmayan sitokinez ile karakterize edilen iki mayotik bölünmeye uğrar. İlk mayotik bölünme, daha büyük bir yavru hücre ve önemli ölçüde daha küçük bir kutup gövdesi sağlar; bu, ikinci bir bölünmeye ilerleyebilir veya ilerlemeyebilir. Mayoz II sırasında, daha büyük yavru hücrenin bölünmesi, ikinci bir kutup gövdesi ve daha sonra bir yumurtaya olgunlaşan tek bir haploid hücre üretir. Sonuç olarak dişilerde tek bir birincil oositin mayotik ilerleyişi, bir olgun yumurta hücresinin ve iki veya üç kutup gövdesinin oluşmasıyla sonuçlanır.
Dişilerde mayoz bölünme farklı tutuklama noktalarıyla karakterize edilir. Gelişmekte olan oositler, mayoz I'in profaz I sırasında tutuklanır ve somatik hücrelerden oluşan koruyucu bir foliküler yapı içinde hareketsiz kalır. Bu durdurulan aşamada oosit çekirdeğine germinal vezikül adı verilir. Her adet döngüsünün başlatılması, ön hipofizden Folikül Uyarıcı Hormonun (FSH) salgılanmasını içerir; bu hormon, folikülogenez adı verilen bir süreç yoluyla bir folikül alt grubunun olgunlaşmasını teşvik eder. Folikülogenez boyunca, olgunlaşan oositler mayoz bölünmeye yeniden girerek mayoz II'nin metafaz II'sine kadar ilerler ve bu noktada ovulasyondan hemen önce ikinci bir duraklama yaşarlar. Mayozun yeniden başlamasının temel göstergeleri arasında germinal vezikülün parçalanması, kromozomal yoğunlaşma ve bipolar metafaz I milinin oluşumu yer alır. Spermin başarılı bir şekilde döllenmesi, bu oositlerde mayoz bölünmenin yeniden başlamasını ve tamamlanmasını tetikler. İnsan folikülogenezinde tipik olarak bir folikül baskınlığa ulaşırken geri kalan foliküller atreziye uğrar. Oogenez sırasında meydana gelen dişi mayozu, diktat aşaması olarak bilinen uzun bir mayotik durma periyodunu birleştirerek ve sentrozomların katılımı olmadan çalışarak tipik mayotik süreçlerden sapar.
Erkeklerde mayoz bölünme, testislerin seminifer tübüllerinde meydana gelen spermatogenezin ayrılmaz bir parçasıdır. Spermatogenezdeki bu mayotik süreç, daha sonra spermatozoaya farklılaşan spermatositlerle sınırlıdır. Primordial germ hücrelerinin mayoz bölünmesi, kadınlara kıyasla önemli ölçüde daha geç bir gelişim aşaması olan ergenlik döneminde başlar. Erkeklerdeki testis dokuları, mayoz bölünmeyi uyardığı varsayılan bir bileşik olan retinoik asidin parçalanması yoluyla mayoz bölünmeyi engeller. Bu inhibisyon ergenlik döneminde seminifer tübüllerde bulunan Sertoli hücrelerinin endojen retinoik asit sentezini başlatmasıyla aşılır. Retinoik asit duyarlılığı ek olarak nanos ve DAZL gibi proteinler tarafından modüle edilir. Retinoik asit sentezleyen enzimlerdeki fonksiyon kaybı mutasyonlarını içeren genetik araştırmalar, spermatogonia farklılaşmasının uyarılmasında doğum sonrası retinoik asit gereksinimini ortaya koymuştur; bu, daha sonra spermatositlerin birkaç gün sonra mayoz bölünmeye girmesine yol açmaktadır; ancak retinoik asit, mayozun ilk başlangıcı için gerekli değildir.
Dişi memelilerde mayoz, ilkel germ hücrelerinin embriyonik yumurtalığa göçünün hemen ardından başlar. Bazı araştırmalar, mezonefrozdan (ilkel böbrek) kaynaklanan retinoik asidin, embriyonik yumurtalık oogoniasında mayoz bölünmeyi teşvik ettiğini, embriyonik erkek testis dokularının ise retinoik asidi parçalayarak mayoz bölünmeyi engellediğini göstermektedir. Bununla birlikte, retinoik asit üreten enzimlerin genetik fonksiyon kaybı analizleri, retinoik asidin, embriyogenez sırasında meydana gelen dişi mayozunun veya doğumdan sonra başlayan erkek mayozunun başlatılması için vazgeçilmez olmadığını ortaya çıkarmıştır.
Kamçılı
Ökaryotların çoğu iki bölümlü mayoz, bazen de açyazmatik sergilemesine rağmen, ağaçla beslenen hamamböceği Cryptocercus'un bağırsağında yaşayan bazı kamçılılarda (parabasalidler ve oksimonadlar) tek bölümlü mayoz olarak bilinen oldukça nadir görülen bir varyant gözlemlenmiştir.
İnsan genetiği ve hastalıklarındaki rolü
23 çift insan kromozomunda meydana gelen rekombinasyon olayları, hem tüm kromozomların hem de bunların bölümlerinin yeniden dağıtımını kolaylaştırır. Ayrıca dişiler, erkeklere kıyasla tahminen 1,6 kat daha yüksek rekombinasyon oranı sergiliyor. Ek olarak, ortalama kadın rekombinasyon oranları sentromerlerde yükselirken, erkek rekombinasyon oranları telomerlerde daha yüksektir. Tipik olarak bir milyon baz çifti (1 Mb), %1'lik bir rekombinasyon frekansını temsil eden bir centimorgan (cM) ile ilişkilidir. Geçiş olaylarının kesin sıklığı henüz belirlenmemiştir. Tahminler, maya, fare ve insanlarda her bir mayotik hücrenin en az 200 çift sarmal kırılması (DSB) ürettiğini göstermektedir. Bununla birlikte, bu DSB'lerin yalnızca bir kısmı (organizmaya göre değişen yaklaşık %5-30) sonuçta çapraz geçişlere yol açar ve bu da insan kromozomu başına yalnızca 1-2 çapraz geçişle sonuçlanır.
İnsanlarda, anne ve baba DNA'sı arasında rekombinasyon oranları farklılık gösterir:
- Anne DNA'sı ortalama 42 kez rekombinasyona uğrar.
- Baba DNA'sı ortalama olarak yaklaşık 27 kez rekombinasyona uğrar.
Ayrılmama
Meyotik hatalar, özellikle de ayrılmama, anormal sayıda kromozom içeren gametler üretebilir ve dolayısıyla potansiyel olarak kromozomal bozukluklara neden olabilir.
Mayoz I sırasında normal kromozomal ayrışma veya mayoz II'de kardeş kromatid ayrılması ayrılma olarak tanımlanır. Tersine, anormal ayrışmaya ayrılmama adı verilir. Bu anomali, fazla veya eksik anormal sayıda kromozoma sahip gametlerin oluşumuna yol açar ve trizomi veya monozomi gibi durumların sıklıkla etiyolojisini oluşturur. Ayrışmama, mayoz I, mayoz II veya mitotik hücre bölünmesi sırasında ortaya çıkabilir.
Monozomi veya trizomi sergileyen insan embriyolarının çoğunluğu yaşayamazken, bazı anöploidiler, özellikle de en küçük insan kromozomu olan kromozom 21'in trizomisi yaşamla uyumludur. Bu anöploidilerin fenotipik spektrumu, ciddi gelişimsel bozuklukları ve asemptomatik sunumları kapsayacak şekilde oldukça değişkendir. İlişkili tıbbi durumlar şunları içerir:
- Down sendromu: 21. kromozomun trizomisi ile karakterizedir.
- Patau sendromu: Kromozom 13 trizomisi ile ilişkilidir.
- Edwards sendromu: Kromozom 18'in trizomisi ile tanımlanır.
- Klinefelter sendromu: Erkeklerde fazla sayıda X kromozomunun varlığını içerir; XXY, XXXY veya XXXXY gibi karyotiplerle örneklenir.
- Turner sendromu: Dişilerde bir X kromozomunun bulunmaması ile karakterize edilir ve genellikle X0 olarak gösterilir.
- Üçlü X sendromu: Dişilerde ek bir X kromozomunun varlığıyla tanımlanır.
- Jacobs sendromu: Erkeklerde ek bir Y kromozomunun varlığıyla karakterize edilir.
İnsan oositlerindeki ayrılmama vakası, ilerleyen anne yaşıyla pozitif bir korelasyon sergiliyor; bu durumun, kohezin komplekslerinin ilerleyici bozulmasından kaynaklandığı varsayılıyor.
Mitoz ile Karşılaştırmalı Analiz
Mayozun anlaşılmasını kolaylaştırmak için mitozla karşılaştırmalı bir analiz faydalıdır. Sonraki tabloda bu iki hücresel bölünme süreci arasındaki farklar gösterilmektedir.
Moleküler Düzenleyici Mekanizmalar
Xenopus laevis oositlerinin kullanıldığı deneysel araştırmalar, mayoz bölünmede Olgunlaşmayı Destekleyen Faktörün (MPF) önemli bir rol oynadığını ortaya koymaktadır. Memeli oositlerinden türetilen MPF'nin, hem denizyıldızında hem de Xenopus laevis oositlerinde germinal kesecik parçalanmasını (GVB) tetiklediği gösterilmiştir. MPF aktivitesi GVB'den önce yükselir ancak mayoz I'in sonuna doğru azalır. CDK1 ve siklin B konsantrasyonları oosit GVB yeterliliği ile ilişkilidir, bu da transkripsiyonel seviyeden ziyade translasyon seviyesinde olası düzenlemeyi gösterir. Mayoz II sırasında, MPF aktivitesi metafaz II'den önce yeniden ortaya çıkar ve döllenmeye kadar yüksek seviyelerde devam eder.
Memelilerde mayotik tutuklama, mural granüloza hücreleri tarafından salgılanan natriüretik peptit tip C (NPPC) tarafından başlatılır; bu, kümülüs hücreleri üzerindeki natriüretik peptit reseptörü 2 (NPR2) ile birlikte siklik guanozin 3′,5′-monofosfat (cGMP) üretimini uyarır. Daha sonra cGMP, oositlere nüfuz eder, fosfodiesteraz 3A'nın (PDE3A) inhibisyonu ve siklik adenozin 3',5'-monofosfatın (cAMP) hidrolizi yoluyla mayoz bölünmeyi durdurur. Oosit içinde, G-protein-bağlı reseptör GPR3/12, adenilil siklazı aktive ederek cAMP oluşumuna yol açar. cAMP daha sonra nükleer kinaz WEE2'yi fosforile eden ve aktive eden protein kinaz A'yı (PKA) uyarır. PKA ayrıca CDK1 fosfataz CDC25B'nin fosforilasyonuna katkıda bulunarak onu sitoplazma içinde tutar; tersine, fosforile edilmemiş CDC25B çekirdeğe yer değiştirir. Protein kinaz C (PKC) ayrıca mayotik ilerlemenin metafaz II'ye doğru inhibisyonuna da katkıda bulunabilir. Toplu olarak CDK1 aktivitesi baskılanır, böylece mayoz bölünmenin yeniden başlaması önlenir. Oositler, kümülüs hücrelerinde NPR2 ve inozin monofosfat dehidrojenaz ekspresyonunu daha da arttırır, dolayısıyla cGMP üretimini arttırır. Benzer şekilde, folikül uyarıcı hormon ve estradiol, hem NPPC hem de NPR2'nin ekspresyonunu uyarır. Folikülden kaynaklandığına inanılan bir pürin olan hipoksantin, aynı zamanda in vitro oosit mayozu üzerinde de inhibitör etkiler göstermektedir. Luteinize edici hormondaki (LH) artış, oosit olgunlaşmasını tetikleyerek oositlerin mayotik duraklamadan salınmasını ve bunların profaz I'den metafaz II'ye ilerlemesini kolaylaştırır. Mural granüloza hücrelerinde sentezlenen amfiregulin ve epiregulin gibi LH'nin indüklediği epidermal büyüme faktörü benzeri faktörler, kümülüs hücre-oosit boşluk bağlantıları yoluyla cGMP taşınmasını engelleyerek ve NPPC seviyelerini ve NPR2 aktivitesini azaltarak oosit cGMP seviyelerini azaltır. Aslında, LH'nin neden olduğu bu epidermal büyüme faktörü benzeri faktörler, aralık bağlantılarının tamamen dengesizleşmesine ve bozulmasına yol açabilir. Ayrıca, LH'nin indüklediği epidermal büyüme faktörü benzeri faktörler, kümülüs hücrelerinde steroidler ve foliküler sıvıdan türetilen mayoz aktive edici sterol (FF-MAS) dahil olmak üzere diğer oosit olgunlaşma faktörlerinin üretimini uyarabilir. FF-MAS, metafaz I'den metafaz II'ye ilerlemeyi kolaylaştırır ve metafaz II tutuklanmasının stabilizasyonuna katkıda bulunabilir. Mayozun yeniden başlaması, CDK1 aktivasyonunun bir sonucu olan WEE2'nin nükleer ihracatıyla da desteklenir. Fosfodiesterazlar (PDE'ler) cAMP'yi metabolize eder ve PKA aracılı fosforilasyon yoluyla geçici olarak etkinleştirilebilir. Bununla birlikte, fosfodiesterazların sürekli düzenlenmesi, protein ekspresyonunun modülasyonunu gerektirebilir. Örneğin, hipoksantin bir PDE inhibitörü olarak görev yapar ve potansiyel olarak cAMP metabolizmasını engeller. Protein kinaz B, Aurora kinaz A ve polo benzeri kinaz 1 dahil olmak üzere çeşitli kinazlar mayoz bölünmenin yeniden başlamasında rol oynar. Mayotik profaz I tutuklanması ve yeniden başlaması ile mitotik G2 DNA hasarı kontrol noktası arasında, özellikle tutuklama için APC-CDH1'in CDC14B bazlı aktivasyonunu ve CDC25B bazlı yeniden başlamayı içeren mekanik paralellikler mevcuttur. Mayotik tutuklama, anafaz teşvik edici kompleksin (APC) aracılık ettiği siklin B seviyelerinin düzenlenmesinin yanı sıra, CDK1'in Thr-14 ve Tyr-15 amino asit kalıntılarında MYT1 ve WEE1 tarafından inhibe edici fosforilasyonunu gerektirir. Sentezi mayoz I'in sonunda sonuçlanan siklin B, CDK1'i düzenler. Anafaz I sırasında siklin B, ubikuitin bağımlı bir yol yoluyla bozulmaya uğrar. Siklin B'nin sentezi ve CDK1'in aktivasyonu, oositlerin metafaza girmesini indükler, oysa anafaza giriş, CDK1 aktivitesini azaltan ubikuitin aracılı siklin B bozunmasının ardından meydana gelir. Homolog kromozomlar arasındaki yapışma proteinlerinin proteolizi anafaz I'in ayrılmaz bir parçasıdır, kardeş kromatitler arasındaki yapışma proteinlerinin proteolizi ise anafaz II'yi karakterize eder. Mayoz II'nin durdurulmasına MOS proteini, mitojenle aktifleşen protein kinaz kinaz (MAPKK/MEK1) ve MAPK'dan oluşan sitostatik faktör (CSF) aracılık eder. Protein kinaz p90 (RSK), MAPK'nın önemli bir hedefini temsil eder ve CDK1'i yeniden aktive ederek mayoz I ve II arasındaki S fazına girişi engelleyebilir. Kanıtlar, RSK'nın MYT1'i inhibe ederek mayoz I'e girişi kolaylaştırdığını ve dolayısıyla CDK1'i aktive ettiğini göstermektedir. CSF aracılı tutuklama, iş mili düzeneği kontrol noktasının bir bileşeni olarak işlev gören APC'nin düzenlenmesi yoluyla gerçekleşebilir.
Gelişmekte olan mayada S. cerevisiae'de Clb1, birincil mayotik düzenleyici siklin olarak işlev görür, ancak Clb3 ve Clb4 de mayoz sırasında eksprese edilir ve ilk mayotik bölünmeden hemen önce p34cdc28 ile ilişkili bir kinazı aktive eder. IME1 transkripsiyon faktörü, düzenlenmesi beslenme girdilerinden etkilenen mayotik S fazına girişi başlatır. a1/α2 kompleksi bir IME1 baskılayıcısını baskılayarak mayoz bölünmeyi başlatır. S'de çok sayıda mayotik düzenleyici gen tanımlanmıştır. cerevisiae, birkaç önemli örnek dahil. IME1 a/α olmayan diploidlerde sporlanmayı kolaylaştırır. IME2/SME1 nitrojen varlığında sporlanmayı destekler, RME1'i (bir mayotik inhibitör) eksprese eden a/α hücrelerinde rekombinasyonu destekler ve bir protein kinaz homologunu kodlar. Benzer şekilde, MCK1 (mayoz ve sentromer düzenleyici kinaz) da RME1'i eksprese eden a/α hücrelerinde rekombinasyonu destekler ve bir protein kinaz homologunu kodlar. SME2, amonyak veya glikoz mevcut olduğunda sporlanmayı sağlar. Ayrıca, UME1-5 bitkisel, a/α olmayan hücrelerde spesifik erken mayotik genlerin ekspresyonunu kolaylaştırır.
Fisyon mayasında S. pombe, Cdc2 kinaz ve Cig2 siklin toplu olarak premayotik S fazını başlatırken siklin Cdc13 ve CDK aktivatörü Cdc25 her iki mayotik bölünme için de gereklidir. Ancak Pat1-Mei2 sistemi S'nin merkezi bir bileşenini oluşturur. pombe mayotik düzenleme. Mei2, çekirdek ile sitoplazma arasında yer değiştiren ve mayoz I'i teşvik etmek için meiRNA ile işbirliği yapan birincil mayotik düzenleyici olarak görev yapar. Ek olarak Mei2, mitotik çıkışta ve premeiotik S fazının indüksiyonunda rol oynar. Mei2, Mmi1'i ayırarak DSR-Mmi1 sistemini etkisiz hale getirebilir, böylece mayoz bölünmeye özgü transkriptlerin ekspresyonunu stabilize edebilir. Mei2 ayrıca büyümenin durmasına ve G1 fazının durmasına neden olabilir. Bir Ser/Thr protein kinazı olan Pat1, Ser438 ve Thr527 kalıntılarında bir RNA bağlayıcı protein olan Mei2'yi fosforile eder. Bu fosforilasyon olayı, E2 Ubc2 ve E3 Ubr1'i içeren bir proteazom tarafından parçalanmaya duyarlılığını artırarak Mei2'nin yarı ömrünü kısaltabilir. Mei4 transkripsiyon faktörü, mayoz sırasında cdc25'in transkripsiyonel aktivasyonu için vazgeçilmezdir ve bir mei4 mutantı, hücre döngüsü durması sergiler. Mes1, Cdc2-Cdc13 MPF aktivitesinin ikinci mayotik bölünmeyi yönlendirmesine izin veren APC/C aktivatörü Slp1'i inhibe eder.
Mayadaki CDE1 sentromer bölgesine bağlanan CEP1 gen ürününün, mayoz I sırasında kromozom eşleşmesine katkıda bulunduğu varsayılmaktadır.
Mayotik rekombinasyon, çift sarmallı kırılmalarla kolaylaştırılır ve bu kırılmalar, tarafından katalize edilir. Spo11 proteini. Mre11, Sae2 ve Exo1 ayrıca DNA kırılmasına ve ardından gelen rekombinasyona da katkıda bulunur. Bu kırılmaların ardından tipik olarak homolog rekombinasyon meydana gelir. Bu rekombinasyon, çift Holliday kavşağı (dHJ) yolu veya senteze bağımlı iplik tavlaması (SDSA) yoluyla ilerleyebilir. İkinci yol yalnızca çapraz olmayan ürünler üretir.
Mayotik hücre bölünmesinin de kontrol noktası kontrolüne tabi olduğu görülmektedir. S. pombe'de bir kontrol noktası mekanizmasının Rad proteinlerini, S. pombe Mek1'i (FHA kinaz alanına sahip), Cdc25, Cdc2'yi ve tanımlanamayan bir faktörü içerdiğine inanılmaktadır.
Omurgalı oogenezinde sitostatik faktör (CSF), mayoz II'ye geçişte çok önemli bir rol oynar.
Referanslar
Referanslar
Dipnotlar
Alıntılar
Alıntılanan Metinler
- Freeman S (2005). Biyoloji Bilimi (3. baskı). Upper Saddle River, NJ: Pearson Prentice Salonu. ISBN 978-0-13-140941-5.
- Mayoz Flash Animasyonu 2010-08-23 tarihinde Wayback Machine'de arşivlendi
- Kimball'un Biyoloji Sayfalarında Mayoz
- CCO Hücre Döngüsü Ontolojisi
- Mayoz bölünmenin aşamaları animasyonu
- "Abby Dernburg Semineri: Mayoz Sırasında Kromozom Dinamikleri"