Özensiz balıkçılık: mayoz bölünme ters gittiğinde Understand article
Mayoz bölünme neden bu kadar yanlış yapıyor? Ve sonuçları nelerdir?
(mordan sarıya) gösterir.
Görüntü Tomoya Kitajima’nın izniyle, EMBL
Bir köy panayırında, çarpışan arabaların ve pamuklu şekerin yanından geçerken bir çocuğun alnı kırışıyor. Oltasının ucundaki mıknatısı kullanarak plastik bir havuzdan tahta bir balık yakalamak için elinden geleni yapıyor. Sahneyi dondurun, çocuğun gelişimi boyunca, spermin yumurtayı döllediği noktadan sonra, yumurta hücresinin oluştuğu ana kadar geri sarın. Kendinizi benzer bir balık yakalama oyununu çalışırken bulacaksınız. Avrupa Moleküler Biyoloji Laboratuvarı’ndaki (EMBL; kutuya bakınız) bilim adamlarının bulduğu gibi, fark, mıknatıs kullanan çocukların, muhtemelen yumurta hücresinin düzeneklerindendaha daha başarılı balıkçılar olmasıdır (Kitajima et al., 2011).
Bir yumurta hücresi veya oosit, bir kadının yumurtalığının içinde olgunlaştıkça, içindeki kromozom çiftlerinin dizilip birbirinden ayrıldığı ve yarısının dışarı atıldığı mayoz bölünme adı verilen bir tür hücre bölünmesine uğrar. Kromozomlar hücrenin her yerinden bir araya getirilir (Mori et al., 2011) ve mikrotübüller adı verilen protein çubuklarıyla yakalanırlar. Çocuğun oyuncak balık çeken mıknatıs çubuğu gibi, bir mikrotübül de kinetokorundan bir kromozomu yakalar. Kinetokor,X şeklindeki birkromozomun merkezinde protein ve genetik materyal kümesinden oluşmuştur.
Yumurta hücresi olgunlaşması sırasında insan mayozu ana olayları.
Büyütmek için resmin üzerine tıklayın.
B: Ergenlik ve menopoz arasında, her aylık döngü sırasında, mayoz bölünme aşamalarında birkaç potansiyel yumurta hücresi ileri devam eder, ancak her seferinde yalnızca bir tanesi süreci tamamlar. Homolog kromozomlar, birincil yumurta hücresinin ekvatorunda sıralanır ve daha sonra mikrotübüller tarafından yakalanarak ayrılırlar. Birincil yumurta hücresi, ikincil bir yumurta hücresine ve bir polar (kutup)cisimciğinebölünür.
Şimdi eşleşmiş kromatitler hem kutup cisimciğininhem de yumurta hücresinin ekvatorlarında sıralanır ve yumurtlama sırasında onlara mikrotübüller bağlanır. Mayoz, döllenme olayına kadar burada tutuklanır.
C: Döllenme olursa, eşleşmiş kromatitler birbirinden ayrılarak hücrenin zıt kutuplarına doğru hareket ederler. Kutup cisimciğiikiye bölünür, ikincil yumurta hücresi üçüncü bir kutup cisimciğineve olgun bir yumurta hücresine bölünür ve mayoz bölünme tamamlanır. Ortaya çıkan dört yavru hücrenin her birinin farklı bir genetik yapısı vardır.
Kutup cisimcikleriningenetik materyali atılırken, dölleyen spermin genetik materyali olgun yumurta hücresininkine katılır ve yeni bir embriyonun gelişimini başlatır. Büyütmek için resmin üzerine tıklayın.
Görüntü Nicola Graf’ın izniyle
Fare yumurta hücrelerini mikroskop altında inceleyerek, EMBL bilim adamı Tomoya (Tomo) Kitajima, bir yumurta hücresinin tüm kinetokorlarının tüm hücre bölünmesi sırasındaki (10 saatin tamamı) hareketlerini izleyen ilk kişiydi. Araştırma grubuna başkanlık eden Jan Ellenberg: “İlk kez hücre bölünmesi boyunca tüm kinetokorları takip edebildik. Bu nedenle kromozomun belli birkısmının nerede olduğunun belirsiz olduğutek bir zaman noktası yok ve bunu bu çok büyük ve ışığa-duyarlı hücrelerde görmek gerçekten bu alanda bir atılım”diyor.
Görüntü, Tryphon’un izniyle; görüntü kaynağı: Wikimedia Commons
Tomo, daha önce Jan’ın laboratuvarında geliştirilen ve yumurta hücresinin geniş iç alanındaki kromozomları bulmak için bir lazer tarama mikroskobu programlamasına ve ardından hücre bölünmesi sırasında bunları filme almasına izin veren bir yazılım kullandı. “Oosit büyük bir hücredir, ancak kromozomlar o hücrenin sadece küçük bir bölümünde yer alır ve ilgilendiğimiz şey buydu. Bu yüzden temel olarak mikroskoplarımızı kromozomların nerede olduğunu tanıyabilecek kadar akıllı hale getirdik ve daha sonra uzay ve zamanda sadece o bölgeye yakınlaştırabildik “diye açıklıyor Jan
Tomo, mikroskobu yalnızca hücrenin kromozomların bulunduğu kısmına odaklayarak, bir buçuk dakikalık kısa aralıklarla yüksek çözünürlüklü görüntüler elde edebildi ve bu da ona sürecin çok net bir resmini verdi. Mikroskop sadece oositin o küçük bölgesine ışık saçtığı için hücreye daha az zarar verdi, bu da bilim adamlarının 10 saatlik hücre bölünmesi boyunca görüntülemeye devam etmelerini sağladı (akıllı mikroskopi hakkında daha fazla bilgi için kutudaki açıklamaya bakın).
QUOI Medya fotoğraf izniyle;
fotoğraf kaynağı :Flickr
Balıkçı havuzuna geri dönersek, öfkeler alevlenebilir ve suçlamalar tiz seslerle yükselebilir: “Bu hile! Sopanla balığı itemezsin!” Jan ve Tomo’nun çalışmaları sayesinde suçlanan çocuk, savunmasında, kendisinin daha doğmadan once hücrelerinin ‘hile yaptığını’ iddia edebilirdi. EMBL bilim adamları videoları analiz ettiklerinde, mikrotübüllerin kinetokorlara bağlanmadan önce, kromozomları, bir balığı çubuğunun ucuyla yeniden konumlandıran bir çocuk gibi uygun bir konuma ittiklerini buldular. Mikrotübüller kromozom kollarını dürterek kromozomları daha sonra daha kolay (tutabilecekleri) bir halka halinde düzenler.
Jan, ”Ancak bu ön konumlandırma ile bile hala pek işe yaramıyor” diyor. “Kinetokor bağlantılarının% 90’ının başlangıçta yanlış kurulduğunu ve mikrotübüllerin kromozomu serbest bırakması ve tekrar denemesi gerektiğini gördük. Ortalama olarak bunun kromozom başına üç kez yapılması gerekiyordu.”
Görüntü Tomoya Kitajima’nın izniyle, EMBL
ABD’deki bilim adamları şimdi aynı ’aldatmanın’, hücrelerimizin büyüdüğümüzde veya cilt gibi dokular yenilendiğinde maruz kaldığı diğer hücre bölünmesi türünde de olduğunu göstermiştir (Magidson et al., 2011). Mitoz adı verilen bu ikinci tip hücre bölünmesinde, bir hücre, mayozdaki genetik materyalin yarısı yerine, her biri ‘ana hücre’ ile aynı miktarda genetik materyale sahip iki yavru hücreye bölünür. Ancak Jan ve Tomo’nun bulguları, mitoza göre yumurta hücresinin mayoz bölünmesinde kromozomların yakalanmasının çok daha fazla hata içerdiğini vurguluyor. Bilim adamları, mayoz bölünmedeki daha büyük hata derecesinin, mikrotübüllerin iki tür hücre bölünmesinde kromozomları nasıl ayırdıklarına dair temel bir farktan kaynaklanabileceğine inanıyorlar.
Ortaya çıkan iki yavru hücre, genetik olarak ana hücreyle aynıdır. Büyütmek için resmin üzerine tıklayın.
Resim Mysid’in izniyle;
resim kaynağı: Wikimedia Commons
Mitoz sırasında, mikrotübül çubukları hücrede iki zıt noktada oluşmaya başlar ve limon şeklinde (iğ) bir yapıda bir araya gelir. Bu yapı daha sonra her kromatit çiftinden birini bir kutba diğerini diğer kutaba çeker. Ancak mayoz bölünmede, Jan’ın grubunun birkaç yıl önce keşfettiği gibi (Schuh ve Ellenberg, 2007), iğin mikrotübülleri ilk başta 80 kadar farklı noktadan birleşir ve ancak daha sonra kendilerini iki kutuplu bir yapıya yerleştirir. Jan, ”Mikrotübüller kromozomlara ilk bağlandıklarında, onları zıt yönlere çekip çekmeyeceklerini bilmek zor” diye açıklıyor. Bu, yumurta hücresi gibi çok daha geniş bir alana sahip hücrede mikrotübüllerin kromozomları bulması ve sürüklemesi gerektiği anlamına gelir (bir insan yumurta hücresi, bir deri hücresinden dört kat daha büyüktür). Bu durum, kromozom yakalamanın neden bu kadar hataya meyilli olduğunu açıklayabilir.
Bu bulgular aynı zamanda bilim insanlarına kadın kısırlığı ve Down sendromu gibi durumlar üzerinde çalışırken bakabilecekleri daha somut bir yer sağlıyor. Çünkü bu durumlar büyük oranda anormal sayıda kromozoma sahip yumurta hücrelerinden kaynaklanır. Tomo ve Jan, bu tür hataların büyük olasılıkla mikrotübüllerin kromozomları düzgün bir şekilde ayırmak için doğru bağlantıları yapamaması nedeniyle meydana geldiğini göstererek, gelecekteki çalışmalara ışık tuttular. Tomo, bu deneme yanılma sürecinin neden yaşlı yumurta hücrelerinde genç hücrelere gore hataya daha yatkın olduğunu araştırmaya devam ediyor. O ve diğerleri, yaşlı hücrelerde hata düzeltme mekanizmalarının nerede başarısız olduğunu belirleyebilirlerse, bu bulgular bir gün mikrotübüllerin kromozom yakalama tekniğini geliştirmeye yardımcı olacak tıbbi prosedürler için bir başlangıç noktası olabilir. Belki de yaşa bağlı kısırlığa karşı koymanın sırrı, mikrotübülleri oyuncak mıknatıslarıyla olduğu kromozom yakalamakta da başarılı kılmaktır.
Mikroskopu daha zeki yapmak
Görüntü Tomoya Kitajima’nın izniyle, EMBL
Tomo’nun hücre bölünmesi boyunca kromozomları bulmak ve filme almak için kullandığı yazılım, gelecek şeylerin başlangıcıydı. O zamandan beri, Rainer Pepperkok liderliğindeki EMBL’deki başka bir ekiple işbirliği içinde olan Jan’ın grubu, daha da büyük otomasyon özelliklerine sahip daha karmaşık bir program geliştirdi. Mikropilot adı verilen yeni yazılım, mikroskopla çekilen düşük çözünürlüklü görüntüleri analiz ediyor ve sadece kromozomları değil, bilim insanının ona aramayı öğrettiği yapıyı da buluyor.
Mikropilot, bilim adamlarının ilgilendiği hücreyi veya yapıyı belirledikten sonra, mikroskopa otomatik olarak bir deneye başlaması talimatını verir. Bu, yüksek çözünürlüklü hızlandırılmış videolar kaydetmek kadar basit veya floresan etiketli proteinlere müdahale etmek için lazerler kullanmak ve sonuçları kaydetmek kadar karmaşık olabilir. Yazılım, daha hızlı bir şekilde daha fazla veri ürettiği için sistem biyolojisi çalışmaları için bir nimettir. Mikropilot, yüksek verimi sayesinde istatistiksel olarak güvenilir sonuçlar elde etmek için kolayca ve hızlı bir şekilde yeterli veri üreterek bilim adamlarının yüzlerce farklı proteinin belirli bir biyolojik süreçteki rolünü araştırmasına olanak tanır.
EMBL hakkında daha fazla bilgi
Avrupa Moleküler Biyoloji Laboratuvarı (EMBL)w1, kendini yaşam bilimlerinde temel araştırmalara adamış dünyanın en iyi araştırma kurumlarından biridir. EMBL uluslararası, yenilikçi ve disiplinlerarasıdır. 60 Ülkeden çalışanları biyoloji, fizik, kimya ve bilgisayar bilimi gibi geçmişlere sahiptir ve moleküler biyolojinin tüm yelpazesini kapsayan araştırmalar üzerinde işbirliği yapmaktadır.
Science in School’un yayıncısı olan EMBL, EIROforumw2 nun üyesidir.
References
- Kitajima TS, Ohsugi M, Ellenberg J (2011) Complete kinetochore tracking reveals error-prone homologous chromosome biorientation in mammalian oocytes. Cell 146(4): 568-81. doi: 10.1016/j.cell.2011.07.031
- Magidson V et al. (2011) The spatial arrangement of chromosomes during prometaphase facilitates spindle assembly. Cell 146(4): 555-67. doi: 10.1016/j.cell.2011.07.012
- Mori M et al. (2011) Intracellular transport by an anchored homogeneously contracting F-actin meshwork. Current Biology 21: 606-61. doi: 10.1016/j.cub.2011.03.002
- A freely available and simply written explanation of this research is available in the EMBL annual report:
- EMBL (2012) Neat nets. In EMBL Annual Report 2011/2012 pp 86-88. Heidelberg, Germany: European Molecular Biology Laboratory.
- Schuh M, Ellenberg J (2007) Self-organization of MTOCs replaces centrosome function during acentrosomal spindle assembly in live mouse oocytes. Cell 130(3): 484-98. doi: 10.1016/j.cell.2007.06.025
- A freely available and simply written explanation of this research is available in the EMBL annual report:
- EMBL (2008) Push me, pull you. In EMBL Annual Report 2007/2008 pp 46-50. Heidelberg, Germany: European Molecular Biology Laboratory.
Web References
- w1 – EMBL hakkında daha fazla bilgi için EMBL web sitesine bakın.
- w2 – EİROforum, Avrupa biliminin tam potansiyeline ulaşmasını desteklemek için kaynaklarını, olanaklarını ve uzmanlıklarını birleştiren, Avrupa’nın en büyük sekiz hükümetler arası bilimsel araştırma kuruluşu arasındaki bir işbirliğidir. EİROforum, eğitim ve sosyal yardım faaliyetlerinin bir parçası olarak Science in School’u yayınlamaktadır.
Resources
- Kromozomları yerli yerine iten mikrotübüllerin bir videosunu izleyin.
- Bu makaleyi ilginç bulduysanız, neden Science in School ‘daki diğer son teknoloji araştırma makalelerine göz atmıyorsunuz?
Institutions
Review
Bu makale, hücre bölünme mekanizmalarının anlaşılmasına, yani mitoz ve mayoz bölünme sırasında mikrotübüllerin kromozomlara bağlanmasına ilişkin yeni bilimsel girdilerle ilgilidir.
Bu makaledeki ayrıntı düzeyi, sitoloji (mitoz ve mayoz), genetik (kromozomal anormalliklerin nedenleri ve sonuçları) ve üreme (gametogenez ve kısırlık) gibi konular için özellikle ortaokul biyoloji dersleri (15 yaş üstü) için faydalıdır
Makale, hem biyolojik fenomenleri modellemenin faydaları (modeller süreçleri anlamamıza yardımcı olabilir) hem de riskler hakkında daha geniş tartışmalar başlatmak için de kullanılabilir. Örneğin, mitoz ve mayozu tanımlayan ders kitaplarının çoğunda kromozomlar büyük yapılar olarak temsil edilir. Bu, öğrencilerin kromozomların her tür hücrede kolayca gözlemlenebileceğine inanmalarına neden olabilir. Ancak makaleden de anlaşılacağı gibi durum böyle değil.
Son olarak, makale, bir araştırma grubunda yapılan çabaların diğer araştırma alanlarına nasıl fayda sağlayabileceğini ve bilim ile teknoloji arasındaki sinerjik ilişkiyi vurgulamaktadır.
Betina da Silva Lopes, Portekiz