Mitoz
Hücre biyolojisinde mitoz (/maɪˈtoʊsɪs/), çoğaltılan kromozomların iki yeni çekirdeğe ayrıldığı hücre döngüsünün bir parçasıdır. Mitoz yoluyla hücre bölünmesi, toplam kromozom sayısının korunduğu genetik olarak özdeş hücrelerin ortaya çıkmasını sağlar. Bu nedenle mitoz bölünme eşit bölünme olarak da bilinir. Genel olarak mitozdan önce interfazın (DNA replikasyonunun gerçekleştiği) S fazı gelir ve genellikle bunu telofaz ve sitokinez izler; bu da bir hücrenin sitoplazmasını, organellerini ve hücre zarını bu hücresel bileşenlerin kabaca eşit paylarını içeren iki yeni hücreye böler. Mitozun farklı aşamaları, bir hayvan hücresi döngüsünün mitotik (M) aşamasını, yani ana hücrenin genetik olarak birbiriyle aynı iki yavru hücreye bölünmesini tanımlar. ⓘ
Mitoz süreci, bir dizi faaliyetin tamamlanmasına ve bir sonrakinin başlamasına karşılık gelen aşamalara ayrılır. Bu aşamalar preprofaz (bitki hücrelerine özgü), profaz, prometafaz, metafaz, anafaz ve telofazdır. Mitoz sırasında, zaten çoğalmış olan kromozomlar yoğunlaşır ve her kromozomun bir kopyasını hücrenin karşı taraflarına çeken iğ liflerine bağlanır. Sonuç, genetik olarak özdeş iki yavru çekirdektir. Hücrenin geri kalanı daha sonra iki yavru hücre üretmek için sitokinez yoluyla bölünmeye devam edebilir. Mitozun farklı aşamaları canlı hücre görüntüleme kullanılarak gerçek zamanlı olarak görüntülenebilir. Normal iki yerine üç veya daha fazla yavru hücre üretmek, tripolar mitoz veya multipolar mitoz (doğrudan hücre üçlenmesi / çoğalması) adı verilen mitotik bir hatadır. Mitoz sırasındaki diğer hatalar apoptozu (programlı hücre ölümü) indükleyebilir veya mutasyonlara neden olabilir. Bazı kanser türleri bu tür mutasyonlardan kaynaklanabilir. ⓘ
Mitoz sadece ökaryotik hücrelerde meydana gelir. Çekirdeği olmayan prokaryotik hücreler, ikili fisyon adı verilen farklı bir süreçle bölünür. Mitoz organizmalar arasında farklılık gösterir. Örneğin, hayvan hücreleri kromozomlar ayrılmadan önce nükleer zarfın parçalandığı "açık" bir mitoz geçirirken, mantarlar kromozomların sağlam bir hücre çekirdeği içinde bölündüğü "kapalı" bir mitoz geçirir. Çoğu hayvan hücresi, mitozun başlangıcında neredeyse küresel bir morfoloji benimsemek için mitotik hücre yuvarlanması olarak bilinen bir şekil değişikliğine uğrar. İnsan hücrelerinin çoğu mitotik hücre bölünmesi ile üretilir. Önemli istisnalar arasında mayoz bölünme ile üretilen gametler (sperm ve yumurta hücreleri) yer alır. ⓘ
Amitoz: Bakteri, amip, öglena ve kanser hücrelerinde görülür. Sitoplazma ve çekirdek içerisinde herhangi bir değişiklik olmadan hücrenin doğrudan bölünmesidir. ⓘ
Endomitoz: Sadece çekirdek bölünmesi gerçekleşir. Sitoplazma bölünmez. Endomitoz çizgili kas hücremizde, paramesyumda ise polende görülür. ⓘ
Keşif
Hücre bölünmesine ilişkin olarak 18. ve 19. yüzyıllarda çeşitli doğruluk derecelerine sahip çok sayıda tanım yapılmıştır. 1835 yılında Alman botanikçi Hugo von Mohl, yeşil alg Cladophora glomerata'da hücre bölünmesini tanımlamış ve hücrelerin çoğalmasının hücre bölünmesi yoluyla gerçekleştiğini belirtmiştir. 1838'de Matthias Jakob Schleiden, "iç kısımlarında yeni hücrelerin oluşmasının bitkilerde hücre çoğalması için genel bir kural olduğunu" onaylamıştır; bu görüş daha sonra Robert Remak ve diğerlerinin katkılarıyla Mohl'un modeli lehine reddedilmiştir. ⓘ
Hayvan hücrelerinde mitoz ile hücre bölünmesi 1873 yılında kurbağa, tavşan ve kedi kornea hücrelerinde keşfedilmiş ve ilk kez 1875 yılında Polonyalı histolog Wacław Mayzel tarafından tanımlanmıştır. ⓘ
Bütschli, Schneider ve Fol, günümüzde "mitoz" olarak bilinen sürecin keşfini de üstlenmiş olabilirler. 1873 yılında Alman zoolog Otto Bütschli nematodlar üzerindeki gözlemlerinden elde ettiği verileri yayınladı. Birkaç yıl sonra, bu gözlemlere dayanarak mitozu keşfetti ve tanımladı. ⓘ
Walther Flemming tarafından 1882 yılında ortaya atılan "mitoz" terimi, Yunanca μίτος (mitos, "çözgü ipliği") kelimesinden türetilmiştir. Süreç için bazı alternatif isimler vardır, örneğin 1878'de Schleicher tarafından ortaya atılan "karyokinesis" (nükleer bölünme) veya 1887'de August Weismann tarafından önerilen "denklemsel bölünme" gibi. Bununla birlikte, "mitoz" terimi bazı yazarlar tarafından karyokinez ve sitokinezin birlikte ifade edildiği geniş bir anlamda da kullanılmaktadır. Günümüzde "eşit bölünme" daha çok mayoz bölünmenin mitoza en çok benzeyen kısmı olan mayoz II'yi ifade etmek için kullanılmaktadır. ⓘ
Evreler
Genel Bakış
Mitoz ve sitokinezin birincil sonucu, bir ana hücrenin genomunun iki yavru hücreye aktarılmasıdır. Genom, uygun hücre işlevi için hayati önem taşıyan genetik bilgileri içeren, sıkıca sarılmış DNA kompleksleri olan bir dizi kromozomdan oluşur. Ortaya çıkan her yavru hücrenin genetik olarak ana hücreyle aynı olması gerektiğinden, ana hücre mitoz bölünmeden önce her kromozomun bir kopyasını yapmalıdır. Bu, interfazın S fazı sırasında gerçekleşir. Kromozom duplikasyonu, sentromerdeki kohezin proteinleri tarafından birbirine bağlanan iki özdeş kardeş kromatid ile sonuçlanır. ⓘ
Mitoz başladığında, kromozomlar yoğunlaşır ve görünür hale gelir. Bazı ökaryotlarda, örneğin hayvanlarda, DNA'yı sitoplazmadan ayıran nükleer zarf küçük kesecikler halinde parçalanır. Hücrede ribozomları oluşturan nükleolus da kaybolur. Mikrotübüller hücrenin zıt uçlarından çıkıntı yapar, sentromerlere bağlanır ve kromozomları hücre içinde merkezi olarak hizalar. Mikrotübüller daha sonra her bir kromozomun kardeş kromatidlerini birbirinden ayırmak için kasılır. Bu noktadaki kardeş kromatidlere yavru kromozomlar denir. Hücre uzadıkça, karşılık gelen yavru kromozomlar hücrenin zıt uçlarına doğru çekilir ve geç anafazda maksimum düzeyde yoğunlaşır. Ayrılan yavru kromozomların etrafında yeni bir nükleer zarf oluşur ve bu zarf interfaz çekirdeklerini oluşturmak üzere dekondense olur. ⓘ
Mitotik ilerleme sırasında, tipik olarak anafaz başlangıcından sonra, hücre sitokinez geçirebilir. Hayvan hücrelerinde, bir hücre zarı iki yeni hücre üretmek için gelişen iki çekirdek arasında içe doğru kıstırılır. Bitki hücrelerinde, iki çekirdek arasında bir hücre plakası oluşur. Sitokinez her zaman gerçekleşmez; koenositik (bir tür çok çekirdekli durum) hücreler sitokinez olmadan mitoz geçirir. ⓘ
İnterfaz
Mitotik faz, hücre döngüsünün nispeten kısa bir dönemidir. Hücrenin kendini hücre bölünmesi sürecine hazırladığı çok daha uzun interfaz ile dönüşümlüdür. İnterfaz üç evreye ayrılır: G1 (ilk boşluk), S (sentez) ve G2 (ikinci boşluk). İnterfazın her üç bölümünde de hücre, proteinler ve sitoplazmik organeller üreterek büyür. Ancak, kromozomlar yalnızca S fazı sırasında çoğaltılır. Böylece, bir hücre büyür (G1), kromozomlarını çoğaltırken büyümeye devam eder (S), daha fazla büyür ve mitoza hazırlanır (G2) ve son olarak döngüyü yeniden başlatmadan önce bölünür (M). Hücre döngüsündeki tüm bu aşamalar siklinler, sikline bağımlı kinazlar ve diğer hücre döngüsü proteinleri tarafından yüksek oranda düzenlenir. Evreler birbirini sıkı bir düzen içinde takip eder ve hücreye bir evreden diğerine geçmesi için ipuçları veren "kontrol noktaları" vardır. Hücreler ayrıca geçici veya kalıcı olarak hücre döngüsünden ayrılabilir ve bölünmeyi durdurmak için G0 fazına girebilir. Bu, hücreler aşırı kalabalıklaştığında (yoğunluğa bağlı inhibisyon) veya insan kalp kası hücreleri ve nöronlarda olduğu gibi organizma için belirli işlevleri yerine getirmek üzere farklılaştıklarında meydana gelebilir. Bazı G0 hücreleri hücre döngüsüne yeniden girme yeteneğine sahiptir. ⓘ
DNA çift iplikçik kırılmaları interfaz sırasında iki temel süreçle onarılabilir. İlk süreç olan homolog olmayan uç birleştirme (NHEJ), interfazın G1, S ve G2 fazlarında DNA'nın iki kırık ucunu birleştirebilir. İkinci süreç olan homolog rekombinasyonel onarım (HRR), çift iplikli kırıkları onarmada NHEJ'den daha doğrudur. HRR, DNA replikasyonu kısmen tamamlandığında ya da tamamlandıktan sonra interfazın S ve G2 fazları sırasında aktiftir, çünkü HRR iki bitişik homolog gerektirir. ⓘ
İnterfaz, hücrenin mitotik bölünme için hazırlanmasına yardımcı olur. Mitotik hücre bölünmesinin gerçekleşip gerçekleşmeyeceğini belirler. Hücrenin DNA'sı hasar gördüğünde veya önemli bir aşamayı tamamlamadığında hücrenin ilerlemesini dikkatlice durdurur. İnterfaz, mitozun başarıyla tamamlanıp tamamlanmadığını belirleyeceği için çok önemlidir. Üretilen hasarlı hücre miktarını ve kanserli hücre üretimini azaltacaktır. Anahtar İnterfaz proteinleri tarafından yapılan bir yanlış hesaplama, potansiyel olarak kanserli hücreler yaratabileceğinden çok önemli olabilir. Günümüzde, özellikle yukarıda belirtilen aşamaların nasıl gerçekleştiğini anlamak için daha fazla araştırma yapılmaktadır. ⓘ
Mitoz
Preprofaz (bitki hücreleri)
Sadece bitki hücrelerinde, profazdan önce bir preprofaz aşaması gelir. Yüksek oranda vakuolleşmiş bitki hücrelerinde, mitoz bölünme başlamadan önce çekirdeğin hücrenin merkezine göç etmesi gerekir. Bu, hücre bölünmesinin gelecekteki düzlemi boyunca hücreyi ikiye bölen enine bir sitoplazma tabakası olan bir phragmosome oluşumu ile sağlanır. Phragmosome oluşumuna ek olarak, preprophase, gelecekteki mitotik iğin ekvatoral düzlemi etrafında plazma zarının altında bir mikrotübül ve aktin filament halkası (preprophase bandı olarak adlandırılır) oluşumu ile karakterize edilir. Bu bant, hücrenin sonunda bölüneceği konumu işaret eder. Yüksek bitkilerin (çiçekli bitkiler gibi) hücrelerinde sentriyoller bulunmaz; bunun yerine mikrotübüller çekirdeğin yüzeyinde bir iğ oluşturur ve daha sonra nükleer zarf parçalandıktan sonra kromozomların kendileri tarafından bir iğ şeklinde organize edilir. Preprofaz bandı, nükleer zarfın parçalanması ve prometafazda iğ oluşumu sırasında kaybolur. ⓘ
Profaz
G2 interfazından sonra meydana gelen profaz sırasında hücre, kromozomlarını sıkıca yoğunlaştırarak ve mitotik iğ oluşumunu başlatarak bölünmeye hazırlanır. İnterfaz sırasında, çekirdekteki genetik materyal gevşek bir şekilde paketlenmiş kromatinden oluşur. Profazın başlangıcında, kromatin lifleri, tipik olarak ışık mikroskobu ile yüksek büyütmede görülebilen ayrı kromozomlar halinde yoğunlaşır. Bu aşamada kromozomlar uzun, ince ve ipliksi yapıdadır. Her kromozomun iki kromatidi vardır. İki kromatid sentromerde birleşir. ⓘ
Gen transkripsiyonu profaz sırasında durur ve geç anafazdan erken G1 fazına kadar devam etmez. Nükleolus da erken profaz sırasında kaybolur. ⓘ
Hayvan hücrelerinin çekirdeğinin yakınında, gevşek bir protein koleksiyonuyla çevrili bir çift sentriyolden oluşan sentrozom adı verilen yapılar bulunur. Sentrozom, hücrenin mikrotübülleri için koordinasyon merkezidir. Bir hücre, hücre bölünmesi sırasında tek bir sentrozomu miras alır ve bu sentrozom, yeni bir mitoz turu başlamadan önce hücre tarafından çoğaltılarak bir çift sentrozom oluşturur. İki sentrozom, bir mikrotübül iğ aparatı oluşturmaya yardımcı olmak için tubulini polimerize eder. Motor proteinler daha sonra sentrozomları bu mikrotübüller boyunca hücrenin karşı taraflarına iter. Sentrozomlar mikrotübül düzeneğini organize etmeye yardımcı olsalar da, bitkilerde bulunmadıkları ve hayvan hücresi mitozu için kesinlikle gerekli olmadıkları için iğ aparatının oluşumu için gerekli değildirler. ⓘ
Prometafaz
Hayvan hücrelerinde prometafazın başlangıcında, nükleer laminlerin fosforilasyonu nükleer zarfın küçük membran veziküllerine parçalanmasına neden olur. Bu gerçekleşirken mikrotübüller nükleer alanı istila eder. Buna açık mitoz denir ve bazı çok hücreli organizmalarda görülür. Mantarlar ve algler veya trikomonatlar gibi bazı protistler, iğin çekirdeğin içinde oluştuğu veya mikrotübüllerin sağlam nükleer zarfa nüfuz ettiği kapalı mitoz adı verilen bir varyasyondan geçer. ⓘ
Geç prometafazda, kinetokor mikrotübülleri kromozomal kinetokorları aramaya ve onlara bağlanmaya başlar. Bir kinetokor, geç profaz sırasında kromozomal sentromer üzerinde oluşan proteinli bir mikrotübül bağlayıcı yapıdır. Bir dizi polar mikrotübül, mitotik iği oluşturmak için karşı sentrozomdan karşılık gelen polar mikrotübülleri bulur ve etkileşime girer. Kinetokor yapısı ve işlevi tam olarak anlaşılmamış olsa da, bir çeşit moleküler motor içerdiği bilinmektedir. Bir mikrotübül kinetokora bağlandığında, motor aktive olur ve ATP'den gelen enerjiyi kullanarak tüpü kaynak sentrozoma doğru "tarar". Mikrotübüllerin polimerizasyonu ve depolimerizasyonu ile birleşen bu motor aktivitesi, daha sonra kromozomun iki kromatidini ayırmak için gerekli çekme kuvvetini sağlar. ⓘ
Metafaz
Mikrotübüller prometafazda kinetokorlara yerleşip bağlandıktan sonra, iki sentrozom kromozomları hücrenin zıt uçlarına doğru çekmeye başlar. Ortaya çıkan gerilim, kromozomların iki sentrozom arasında (yaklaşık olarak hücrenin orta hattında) merkezi olarak bulunan hayali bir çizgi olan metafaz plakası veya ekvatoral düzlem boyunca hizalanmasına neden olur. Mitozun sonunda kromozomların eşit dağılımını sağlamak için metafaz kontrol noktası, kinetokorların mitotik iğe düzgün şekilde bağlandığını ve kromozomların metafaz plakası boyunca hizalandığını garanti eder. Hücre metafaz kontrol noktasından başarıyla geçerse, anafaza ilerler. ⓘ
Anafaz
Anafaz A sırasında kardeş kromatidleri birbirine bağlayan kohezinler bölünerek iki özdeş yavru kromozom oluşturur. Kinetokor mikrotübüllerinin kısalması yeni oluşan yavru kromozomları hücrenin zıt uçlarına çeker. Anafaz B sırasında, polar mikrotübüller birbirlerini iterek hücrenin uzamasına neden olur. Geç anafazda kromozomlar, kromozom ayrışmasına ve çekirdeğin yeniden oluşumuna yardımcı olmak için genel olarak maksimum yoğunlaşma seviyesine ulaşır. Çoğu hayvan hücresinde anafaz A, anafaz B'den önce gelir, ancak bazı omurgalı yumurta hücreleri olayların ters sırasını gösterir. ⓘ
Telofaz
Telofaz (Yunanca "son" anlamına gelen τελος kelimesinden gelir) profaz ve prometafaz olaylarının tersine dönmesidir. Telofazda polar mikrotübüller uzamaya devam ederek hücreyi daha da uzatır. Nükleer zarf parçalanmışsa, ana hücrenin eski nükleer zarfının zar veziküllerini kullanarak yeni bir nükleer zarf oluşur. Yeni zarf her bir ayrılmış yavru kromozom setinin etrafında oluşur (ancak zar sentrozomları çevrelemez) ve nükleolus yeniden ortaya çıkar. Artık yeni nükleer zarla çevrili olan her iki kromozom seti de "gevşemeye" veya dekondanse olmaya başlar. Mitoz tamamlanmıştır. Her yavru çekirdeğin özdeş bir kromozom seti vardır. Hücre bölünmesi organizmaya bağlı olarak bu zamanda gerçekleşebilir veya gerçekleşmeyebilir. ⓘ
Sitokinez
Sitokinez mitozun bir aşaması değil, hücre bölünmesinin tamamlanması için gerekli olan ayrı bir süreçtir. Hayvan hücrelerinde, metafaz plağının olduğu yerde kasılma halkası içeren bir yarılma oluğu (kıstırma) gelişir ve ayrılan çekirdekleri kıstırır. Hem hayvan hem de bitki hücrelerinde hücre bölünmesi, mikrotübüller boyunca hücrenin ortasına doğru hareket eden Golgi aygıtından türetilen veziküller tarafından da yönlendirilir. Bitkilerde bu yapı, phragmoplastın merkezinde bir hücre plakası halinde birleşir ve iki çekirdeği ayıran bir hücre duvarına dönüşür. Phragmoplast, yüksek bitkiler için tipik bir mikrotübül yapısı iken, bazı yeşil algler sitokinez sırasında bir phycoplast mikrotübül dizisi kullanır. Her yavru hücre, ana hücresinin genomunun tam bir kopyasına sahiptir. Sitokinezin sonu M fazının sonunu işaret eder. ⓘ
Mitoz ve sitokinezin ayrı ayrı gerçekleştiği ve çok çekirdekli tek hücreler oluşturan birçok hücre vardır. Bu durum en çok mantarlar, cıvık küfler ve koenositik algler arasında görülür, ancak bu fenomen diğer çeşitli organizmalarda da bulunur. Hayvanlarda bile sitokinez ve mitoz bağımsız olarak gerçekleşebilir, örneğin meyve sineği embriyonik gelişiminin belirli aşamalarında. ⓘ
İşlev
Mitozun "işlevi" veya önemi kromozomal setin korunmasına dayanır; oluşan her hücre, bileşim olarak benzer ve sayı olarak ana hücrenin kromozomlarına eşit olan kromozomları alır. ⓘ
Mitoz aşağıdaki durumlarda meydana gelir:
- Gelişim ve büyüme: Bir organizma içindeki hücre sayısı mitoz bölünme ile artar. Bu, tek bir hücreden, yani zigottan çok hücreli bir vücudun gelişmesinin ve aynı zamanda çok hücreli bir vücudun büyümesinin temelidir.
- Hücre değişimi: Deri ve sindirim sistemi gibi vücudun bazı bölümlerinde hücreler sürekli olarak dökülür ve yerlerine yenileri gelir. Yeni hücreler mitoz bölünme yoluyla oluşur ve bu nedenle değiştirilen hücrelerin tam kopyalarıdır. Benzer şekilde, kırmızı kan hücrelerinin ömrü kısadır (sadece yaklaşık 4 ay) ve yeni RBC'ler mitoz bölünme ile oluşur.
- Rejenerasyon: Bazı organizmalar vücut parçalarını yenileyebilir. Bu gibi durumlarda yeni hücrelerin üretimi mitoz bölünme ile sağlanır. Örneğin, denizyıldızı mitoz bölünme yoluyla kaybettiği kollarını yeniden oluşturur.
- Eşeysiz üreme: Bazı organizmalar eşeysiz üreme yoluyla genetik olarak benzer yavrular üretir. Örneğin, hidra tomurcuklanma yoluyla eşeysiz olarak çoğalır. Hidranın yüzeyindeki hücreler mitoz bölünme geçirir ve tomurcuk adı verilen bir kütle oluşturur. Tomurcuktaki hücrelerde mitoz bölünme devam eder ve bu yeni bir bireye dönüşür. Aynı bölünme bitkilerde eşeysiz üreme veya vejetatif çoğalma sırasında da gerçekleşir. ⓘ
Varyasyonlar
Mitoz bölünme biçimleri
Ökaryotik organizmaların hücrelerindeki mitoz süreci benzer bir model izler, ancak üç ana ayrıntıda farklılıklar vardır. "Kapalı" ve "açık" mitoz, nükleer zarfın sağlam kalması veya parçalanması temelinde ayırt edilebilir. Nükleer zarfın kısmen parçalandığı bir ara form "yarı açık" mitoz olarak adlandırılır. Metafaz sırasında iğ aparatının simetrisi ile ilgili olarak, yaklaşık eksenel simetrik (ortalanmış) bir şekle "ortomitoz" denir ve mitotik aparatın bilateral simetriye sahip olduğu "pleuromitoz" eksantrik iğlerinden ayırt edilir. Son olarak, üçüncü bir kriter de kapalı plöromitoz durumunda merkezi iğin konumudur: "ekstranükleer" (sitoplazmada bulunan iğ) veya "intranükleer" (çekirdekte). ⓘ
açık
ortomitoz ⓘ
Çekirdek bölünmesi yalnızca ökaryotik alandaki organizmaların hücrelerinde gerçekleşir, çünkü bakteri ve arkelerin çekirdeği yoktur. Bakteriler ve arkeler farklı bir bölünme türüne maruz kalırlar. Ökaryotik üst grupların her birinde, sadece kapalı mitoz gösteren Excavata hariç, açık formdaki mitozun yanı sıra kapalı mitoz da bulunabilir. Aşağıda, ökaryotlarda mitoz formlarının oluşumu gösterilmektedir:
- Kapalı çekirdek içi plöromitoz Foraminiferler, bazı Prasinomonadida, bazı Kinetoplastida, Oxymonadida, Haplosporidia, birçok mantar (chytrids, oomycetes, zygomycetes, ascomycetes) ve bazı Radiolaria (Spumellaria ve Acantharia) için tipiktir; en ilkel tip gibi görünmektedir.
- Kapalı ekstranükleer plöromitoz Trichomonadida ve Dinoflagellata'da görülür.
- Kapalı ortomitoz diatomlar, siliyatlar, bazı Microsporidia, tek hücreli mayalar ve bazı çok hücreli mantarlar arasında bulunur.
- Yarı açık plöromitoz çoğu Apicomplexa için tipiktir.
- Yarı açık ortomitozis bazı amiplerde (Lobosa) ve bazı yeşil kamçılılarda (örneğin Raphidophyta veya Volvox) farklı varyantlarla ortaya çıkar.
- Açık ortomitoz memelilerde, diğer Metazoa'da ve kara bitkilerinde tipiktir; ancak bazı protistlerde de görülür. ⓘ
Hatalar ve diğer varyasyonlar
Mitoz bölünme sırasında, özellikle de insanlarda erken embriyonik gelişim sırasında hatalar meydana gelebilir. Mitozun her adımı sırasında, normalde mitozun normal sonucunu kontrol eden kontrol noktaları da vardır. Ancak nadiren de olsa hatalar meydana gelebilir. Mitotik hatalar, kanserle ilişkili bir durum olan bir veya daha fazla kromozomdan çok azına veya çok fazlasına sahip anöploid hücreler oluşturabilir. Erken insan embriyoları, kanser hücreleri, enfekte veya zehirlenmiş hücreler de üç veya daha fazla yavru hücreye patolojik bölünmeden (tripolar veya multipolar mitoz) muzdarip olabilir ve bu da kromozomal tamamlayıcılarında ciddi hatalara neden olabilir. ⓘ
Nondisjunction'da kardeş kromatidler anafaz sırasında ayrılamaz. Bir yavru hücre ayrılmayan kromozomdan her iki kardeş kromatidi alırken diğer hücre hiçbirini almaz. Sonuç olarak, ilk hücre trizomi olarak bilinen bir durum olan kromozomun üç kopyasını alır ve ikincisi monozomi olarak bilinen bir durum olan yalnızca bir kopyaya sahip olur. Bazen, hücreler nondisjunction yaşadığında, sitokinezisi tamamlayamazlar ve her iki çekirdeği bir hücrede tutarlar, bu da çift çekirdekli hücrelerle sonuçlanır. ⓘ
Anafaz gecikmesi, anafaz sırasında bir kromatidin hareketi engellendiğinde ortaya çıkar. Bunun nedeni mitotik iğin kromozoma düzgün bir şekilde bağlanamaması olabilir. Geciken kromatid her iki çekirdekten de dışlanır ve kaybolur. Bu nedenle, yavru hücrelerden biri o kromozom için monozomik olacaktır. ⓘ
Endoreduplikasyon (veya endoreplikasyon) kromozomlar çoğaldığında ancak hücre daha sonra bölünmediğinde meydana gelir. Bunun sonucunda poliploid hücreler ya da kromozomlar tekrar tekrar çoğalırsa polieten kromozomlar oluşur. Endoreduplikasyon birçok türde bulunur ve gelişimin normal bir parçası gibi görünür. Endomitoz, hücrelerin S fazı sırasında kromozomlarını çoğalttığı ve mitoza girdiği, ancak erken sonlandırdığı endoreduplikasyonun bir çeşididir. İki yeni yavru çekirdeğe bölünmek yerine, çoğaltılan kromozomlar orijinal çekirdek içinde tutulur. Hücreler daha sonra G1 ve S fazına yeniden girer ve kromozomlarını tekrar çoğaltır. Bu durum birden fazla kez gerçekleşebilir ve her replikasyon ve endomitoz turunda kromozom sayısı artar. Trombosit üreten megakaryositler hücre farklılaşması sırasında endomitozdan geçer. ⓘ
Siliyatlarda ve hayvan plasental dokularında amitoz, ebeveyn alellerinin rastgele dağılımıyla sonuçlanır. ⓘ
Sitokinez olmaksızın gerçekleşen karyokinez, koenosit adı verilen çok çekirdekli hücreleri meydana getirir. ⓘ
Tanısal belirteç
Histopatolojide mitoz oranı (mitotik sayım veya mitotik indeks), çeşitli doku örneklerinde tanı için olduğu kadar tümörlerin agresifliğini daha fazla belirlemek için de önemli bir parametredir. Örneğin, meme kanseri sınıflandırmasında rutin olarak mitotik sayım ölçümü yapılmaktadır. Mitozların en yüksek mitotik aktiviteye sahip bir alanda sayılması gerekir. Çok yüksek mitotik aktiviteye sahip tümörlerde bu alanların görsel olarak tanımlanması zordur. Ayrıca, mitozun atipik formlarının tespiti hem tanısal hem de prognostik bir belirteç olarak kullanılabilir. Örneğin, gecikme tipi mitoz (mitotik şekil alanında bağlı olmayan yoğunlaşmış kromatin) yüksek riskli insan papillomavirüs enfeksiyonu ile ilişkili Serviks kanserini gösterir. Mitotik sayımın tekrarlanabilirliğini ve doğruluğunu artırmak için, derin öğrenme tabanlı algoritmalar kullanan otomatik görüntü analizi önerilmiştir. Ancak, bu algoritmaların rutin teşhislerde kullanılabilmesi için daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır. ⓘ
Kanser hücrelerinde normal ve atipik mitoz formları. A, normal mitoz; B, kromatin köprüsü; C, çok kutuplu mitoz; D, halka mitoz; E, dağınık mitoz; F, asimetrik mitoz; G, gecikme tipi mitoz; ve H, mikronükleus. H&E boyası. ⓘ
İlgili hücre süreçleri
Hücre yuvarlama
Hayvan dokusunda, çoğu hücre mitoz sırasında neredeyse küresel bir şekle yuvarlanır. Epitel ve epidermiste, etkili bir yuvarlama süreci, uygun mitotik iğ hizalaması ve ardından yavru hücrelerin doğru konumlandırılması ile ilişkilidir. Dahası, araştırmacılar, yuvarlamanın büyük ölçüde bastırılması durumunda, başta kutup bölünmesi ve kromozomların verimli bir şekilde yakalanamaması olmak üzere iğ kusurlarına neden olabileceğini bulmuşlardır. Bu nedenle, mitotik hücre yuvarlanmasının doğru mitozun sağlanmasında koruyucu bir rol oynadığı düşünülmektedir. ⓘ
Yuvarlama kuvvetleri, F-aktin ve miyozinin (aktomiyozin) 1) hücre çevresini sertleştiren ve 2) hücre içi hidrostatik basınç oluşumunu kolaylaştıran (interfazdan 10 kata kadar daha yüksek) kontraktil homojen bir hücre korteksine yeniden düzenlenmesi ile tahrik edilir. Hücre içi basıncın oluşumu özellikle, çevredeki hücrelere ve/veya hücre dışı matrise karşı yuvarlanmak için dışa doğru kuvvetlerin üretilmesi gereken bir doku senaryosunda önemli olacağı gibi, sınırlama altında kritik öneme sahiptir. Basınç üretimi, formin aracılı F-aktin çekirdeklenmesine ve Rho kinaz (ROCK) aracılı miyozin II kasılmasına bağlıdır; bunların her ikisi de Cdk1 aktivitesi yoluyla RhoA ve ECT2 sinyal yolları tarafından yönetilir. Mitozdaki önemi nedeniyle, mitotik aktomiyozin korteksinin moleküler bileşenleri ve dinamikleri aktif bir araştırma alanıdır. ⓘ
Mitotik rekombinasyon
Hücre döngüsünün G1 fazında X-ışınlarıyla ışınlanan mitotik hücreler rekombinojenik DNA hasarlarını öncelikle homolog kromozomlar arasında rekombinasyon yoluyla onarır. G2 fazında ışınlanan mitotik hücreler bu tür hasarları tercihen kardeş kromatid rekombinasyonu ile onarır. Rekombinasyonda kullanılan enzimleri kodlayan genlerdeki mutasyonlar, hücrelerin çeşitli DNA hasar verici ajanlar tarafından öldürülmeye karşı duyarlılığının artmasına neden olur. Bu bulgular mitotik rekombinasyonun, potansiyel olarak ölümcül olanlar da dahil olmak üzere DNA hasarlarını onarmak için bir adaptasyon olduğunu göstermektedir. ⓘ
Evrim
Ökaryotik mitozun tüm anahtar moleküllerinin (örn. aktinler, tübülinler) prokaryotik homologları vardır. Evrensel bir ökaryotik özellik olan mitoz muhtemelen ökaryotik ağacın tabanında ortaya çıkmıştır. Mitoz mayozdan daha az karmaşık olduğu için mayoz mitozdan sonra ortaya çıkmış olabilir. Bununla birlikte, mayoz bölünmeyi içeren eşeyli üreme de ökaryotların ilkel bir özelliğidir. Dolayısıyla mayoz ve mitozun her ikisi de paralel olarak atasal prokaryotik süreçlerden evrimleşmiş olabilir. ⓘ
Bakteriyel hücre bölünmesinde, DNA'nın çoğalmasından sonra, iki dairesel kromozom hücre zarının özel bir bölgesine bağlanırken, ökaryotik mitoz genellikle kinetokorları iğin mikrotübüllerine bağlanan birçok doğrusal kromozomun varlığı ile karakterize edilir. Mitoz formları ile ilgili olarak, kapalı intranükleer plöromitoz, bakteriyel bölünmeye daha çok benzediği için en ilkel tip gibi görünmektedir. ⓘ
Galeri
Mitotik hücreler, floresan antikorlar ve boyalarla boyanarak mikroskobik olarak görüntülenebilir. ⓘ
Telofaz: Profaz ve prometafaz olaylarının tersine dönmesi ve böylece hücre döngüsünün tamamlanması. ⓘ
Hücre döngüsü ve mitoz evreleri
Mitoz, hücre döngüsünün bir parçasıdır. Hücre döngüsü oldukça uzun olan interfaz evresi ile kısa bir bölünme evresinden oluşur. Mitotik evre (M) evresi çekirdek bölünmesi ve sitoplazma bölünmesinden meydana gelir. ⓘ
Mitotik Evre
- Profaz
İnterfazda eşlenmiş durumdaki kromatinler kısalıp kalınlaşarak kromozoma dönüşürler. Çekirdek zarı, çekirdekçik ve organeller eriyerek tamamen kaybolur. Kromozomlar ekvatoral bölgeye hareket etmeye başlarlar. ⓘ
- Metafaz
Kardeş kromotitler ekvatoral düzlemde bir çember gibi, bazen de karışık olarak ekvatoral düzlem üzerinde dizilirler (Kromozomların bu şekilde sergilenmesine karyotip denir.) ve sentrozomlar interfazda oluşturmuş olduğu iğ ipliklerini kromozomlara doğru göndermeye başlar. Hücrenin ortasında hafif boğumlanma olur. İğ iplikleri kardeş kromatitlere tutunur. Kromozomların en net görüldüğü safhadır. ⓘ
- Anafaz
Kromozomlardaki sentromerlerin aynı anda ikiye bölünmesiyle kardeş kromatitler tam olarak birbirinden ayrılır. Kardeş kromatitler sentromerleriyle iğ ipliklerine tutunarak zıt kutuplara doğru çekilir. Anafaz evresi kardeş kromatitlerin zıt kutuplara ulaşmasıyla tamamlanır. ⓘ
- Telofaz
Profaz evresinde eriyen çekirdek zarı, çekirdekçik ve organeller yeniden oluşmaya başlar.Kutuplara çekilen kromatitler çekirdek zarının içine girerler.Kısaca bu evrede Profazda olan her şeyin tam tersi olur.Bu evreden sonra sitoplazma bölünmesi gerçekleşir. ⓘ
Hayvan ve bitki hücrelerinde mitoz bölünme farklılıkları
- Hayvan hücrelerinde sitoplazma boğumlanarak bölündüğü halde bitki hücresinde orta lamel (ara lamel) oluşumuyla gerçekleşir.
- Bitki hücresinde iğ ipliklerini sitoplazmada bulunan mikrotübüller hazırlarken hayvan hücrelerinde bunu sentrozomlar yapar. ⓘ