Метафаза

Ядерний поділ (мітоз) клітин еукаріотичних організмів з реплікацією ДНК можна розділити на чотири основні фази. Називається друга основна фаза Метафаза в ході якої хромосоми стискаються по спіралі і розташовуються в екваторіальній площині приблизно з однаковою відстані до обох протилежних полюсів. Волокна веретена з'єднані з центромерами хромосом з обох полюсів.

Що таке метафаза?

Метафаза є другою із загальних чотирьох основних фаз, на які можна розділити ядерний поділ еукаріотичних клітин, що називається мітозом. Під час метафази характерне розташування хромосом у так званій екваторіальній площині чи метафазній пластині.

Кожна окрема хромосома складається з чотирьох хроматид, дві з яких "однакові". Спочатку хроматиди утримуються спільним центромером. На центромерах утворюються невеликі білкові структури, до яких прикріплюються волокна шпиндельних полюсів, щоб тягнути сестринські хроматиди до протилежних полюсів. Розтягування хроматид вже є частиною анафази, яка слідує за метафазою.

Під час метафази виробляються всі препарати, необхідні для від'єднання хроматид від центромерів, щоб мати можливість тягнути до полюсів. Тільки коли всі центромери з'єднані з відповідними полюсними волокнами або мікротрубочками, зв’язки хроматид на їх центрометрі вивільняються так, що починається їх переміщення до відповідного полюса.

Функція та завдання

В організмі людини постійно виникає потреба в зростанні на основі розмноження клітин, яке здебільшого слідує принципу поділу клітин. У ядерних клітинах одно- і багатоклітинних організмів (еукаріотів) поділи включають поділ цитоплазми та їх клітинних ядер.

Дві дочірні клітини, що утворюються під час поділу, однакові у своїх диплоїдних хромосомних наборах з відповідною "материнською клітиною", так що ріст певних тканин в організмі теоретично необмежений на основі несексуального поділу клітин за умови, що процес поділу не переривається і не припиняється субстанціями, що інгібують ріст.

Процес поділу клітин також пов'язаний з процесом ядерного поділу, який відомий як мітоз. У межах мітозу друга з загальних чотирьох основних фаз відома як метафаза. Це важлива ланка в процесі ділення ядра. Метафаза важлива для того, щоб розташувати хроматиди подвійного набору хромосом в екваторіальній площині або метапластині таким чином, щоб вони могли бути проведені мікротрубочковими нитками у напрямку двох полюсів у наступній анафазі.

Особливо важливою функцією метафази є перевірка (контрольна точка) та моніторинг волокон веретена (мікротрубочок), що виходять з полюсів. Потрібно переконатися, що мікротрубочки підключені до "правильного" центрометра. Це забезпечує те, що два набори хромосом, які групуються на полюсах під час наступної анафази, абсолютно однакові. Цього можна досягти лише за наявності хроматиди хромосоми на кожному з двох полюсів після поділу ядра.

Якщо, наприклад, дві однакові сестринські хроматиди повинні були бути знайдені на одному з двох полюсів і відсутні на іншому полюсі, це призведе до значних порушень з неможливістю подальшого росту клітин або безконтрольного росту. У випадку з паренхіматозними клітинами може бути втрата специфічної функціональності клітин.

Хвороби та недуги

Мітоз являє собою дуже складний процес, який передбачає ризик помилок у межах реплікації ниток ДНК та розподілу хроматид на два полюси, що мають іноді далекосяжні наслідки. Наприклад, «неправильне» прикріплення мікротрубочок до кінетохорів центромерів може відбуватися порівняно часто. Наприклад, певні кінетохори можуть залишатися вільними, тобто не з'єднані з мікротрубочкою, або обидві хроматиди з'єднані з мікротрубочками одного полюса у своїх центромерах. Однією з найважливіших функцій метафази є перевірка на «правильність» і повне прикріплення мікротрубочок до кінетохору.

Розтягування хромосом в анафазі зазвичай вивільняється лише тоді, коли перевірка волокон веретена успішна і всі кінетохори сигналізують про правильне з'єднання. Мітотичний контрольний пункт реалізується групою спеціалізованих білків, які пригнічують або готують при переході до анафази, якщо адгезія не відповідає цільовому значенню. Цей процес є дещо порівнянним з піт-стопом у гонці Формули-1, коли всі чотири монтьори повинні повідомити про завершення після зміни коліс, перш ніж водій Формули-1 може стартувати знову.

Ще одна більша проблема виникає, коли допускаються помилки в розриві ниток ДНК. Це може призвести до втрати функції клітин і до постійного, швидкого або повільного прогресування подальших мітозів, які вже не реагують на власні інгібітори росту організму. Нерозгальмований ріст характеризує доброякісні (доброякісні) або злоякісні (злоякісні) пухлини.

Інші проблеми можуть виникати внаслідок метилювання ДНК. Коли нитки ДНК розщеплюються, активність ДНК метилтрансферази може призвести до приєднання до ДНК метильних груп (-CH3). Процес не відповідає мутації гена у звичайному розумінні, але він відповідає епігенетичній зміні ураженого гена. "Метилювання гена", як правило, призводить до фенотипічно розпізнавальних змін ураженої особини і в основному передається клітинам наступного покоління - схожим на спадщину.

Ступінь, в якій розвиток доброякісних та злоякісних пухлин та метилювання ДНК можна простежити до процесів всередині метафази, недостатньо досліджено.