Metafase

De nucleaire deling (mitose) van cellen van eukaryote organismen met replicatie van het DNA kan worden onderverdeeld in vier hoofdfasen. De tweede hoofdfase heet Metafase waarbij de chromosomen in een spiraal samentrekken en zich in het equatoriale vlak op ongeveer dezelfde afstand tot beide tegenoverliggende polen positioneren. De spilvezels zijn vanaf beide polen verbonden met de centromeren van de chromosomen.

Wat is de metafase?

De metafase is de tweede van in totaal vier hoofdfasen waarin de celdeling van eukaryote cellen, mitose genaamd, kan worden onderverdeeld. Tijdens de metafase is de opstelling van de chromosomen in het zogenaamde equatoriale vlak of metafaseplaat kenmerkend.

Elk chromosoom bestaat uit vier chromatiden, waarvan er twee "identiek" zijn. De chromatiden worden aanvankelijk bij elkaar gehouden door hun gemeenschappelijke centromeer. Op de centromeren vormen zich kleine eiwitstructuren, waaraan de vezels van de spilpolen zich hechten om de zusterchromatiden naar de tegenoverliggende polen te trekken. Het uit elkaar trekken van de chromatiden maakt al deel uit van de anafase die op de metafase volgt.

Tijdens de metafase worden alle voorbereidingen getroffen die nodig zijn om de chromatiden van de centromeren los te maken om naar de polen te kunnen worden getrokken. Pas wanneer alle centromeren zijn verbonden met de corresponderende poolvezels of microtubuli, worden de bindingen van de chromatiden op hun centromeer vrijgegeven, zodat hun verplaatsing naar de respectieve pool begint.

Functie en taak

In het menselijk lichaam is er een voortdurende behoefte aan groei op basis van celreproductie, die grotendeels het principe van celdeling volgt. In kernhoudende cellen van enkelvoudige en meercellige organismen (eukaryoten) omvatten de delingen de deling van het cytoplasma en hun celkernen.

De twee bij de deling geproduceerde dochtercellen zijn qua diploïde chromosoomset identiek met de respectievelijke 'moedercel', zodat de groei van bepaalde weefsels in het lichaam theoretisch onbeperkt is op basis van niet-seksuele celdeling, zolang het delingsproces niet wordt onderbroken of beëindigd door groeiremmende stoffen.

Het proces van celdeling is ook gekoppeld aan het proces van nucleaire deling, dat bekend staat als mitose. Binnen mitose staat de tweede van in totaal vier hoofdfasen bekend als de metafase. Het is een belangrijke schakel in het kernverdelingsproces. De metafase is belangrijk om de chromatiden van de dubbele set chromosomen in het equatoriale vlak of de metaplaat zodanig te positioneren dat ze door de microtubulusdraden in de richting van de twee polen in de volgende anafase kunnen worden getrokken.

Een bijzonder belangrijke functie van de metafase is het controleren (checkpoint) en bewaken van de spilvezels (microtubuli) die uit de polen komen. Er moet voor worden gezorgd dat de microtubuli zijn aangesloten op de "juiste" centromeer. Dit zorgt ervoor dat de twee sets chromosomen die tijdens de volgende anafase aan de polen worden gegroepeerd, absoluut identiek zijn. Dit kan alleen worden bereikt door een chromatide van een chromosoom op elk van de twee polen te hebben nadat de kern is gedeeld.

Als er bijvoorbeeld twee identieke zusterchromatiden aan een van de twee polen zouden worden aangetroffen en aan de andere pool ontbraken, zou dit tot aanzienlijke verstoringen leiden met de onmogelijkheid van verdere celgroei of ongecontroleerde groei. In het geval van parenchymcellen zou er een verlies zijn van de specifieke functionaliteit van de cellen.

Ziekten en aandoeningen

Mitose belichaamt een zeer complex proces dat het risico van fouten in de replicatie van de DNA-strengen en de verdeling van de chromatiden over de twee polen met zich meebrengt, met soms verstrekkende gevolgen. Zo komt het relatief vaak voor dat microtubuli “verkeerd” aan de kinetochoren van de centromeren worden gehecht. Bepaalde kinetochoren kunnen bijvoorbeeld vrij blijven, d.w.z. niet verbonden met een microtubulus, of beide chromatiden zijn bij hun centromeren verbonden met microtubuli van dezelfde pool. Een van de belangrijkste functies van de metafase ligt in het controleren op "juiste" en volledige aanhechting van de microtubuli aan de kinetochoor.

Het uit elkaar trekken van de chromosomen in de anafase wordt normaal gesproken pas vrijgegeven als de controle van de spilvezels succesvol is en alle kinetochoren de juiste verbinding signaleren. Het mitotische controlepunt wordt geïmplementeerd door een groep gespecialiseerde eiwitten die de overgang naar de anafase onderdrukken of verzilveren als de adhesie niet overeenkomt met de streefwaarde. Het proces is enigszins vergelijkbaar met een pitstop in een Formule 1-race, wanneer alle vier de monteurs voltooiing moeten melden na het wisselen van wielen voordat de Formule 1-coureur opnieuw kan starten.

Een ander groter probleem doet zich voor wanneer er fouten worden gemaakt bij het breken van de DNA-strengen. Dit kan leiden tot functieverlies van de cellen en tot continue, snelle of langzaam voortschrijdende verdere mitoses die niet langer reageren op de eigen groeiremmers van het lichaam. De ongeremde groei kenmerkt goedaardige (goedaardige) of kwaadaardige (kwaadaardige) tumoren.

Andere problemen kunnen ontstaan ​​door DNA-methylering. Wanneer de DNA-strengen worden opgesplitst, kan de activiteit van DNA-methyltransferasen leiden tot de toevoeging van methylgroepen (-CH3) aan het DNA. Het proces komt niet overeen met een genmutatie in de conventionele zin, maar het komt wel overeen met een epigenetische verandering in het aangetaste gen. De "genmethylering" leidt meestal tot fenotypisch herkenbare veranderingen bij het getroffen individu en wordt meestal doorgegeven aan de volgende generatie cellen - vergelijkbaar met een overerving.

In hoeverre het ontstaan ​​van goedaardige en kwaadaardige tumoren en DNA-methylering terug te voeren is op processen binnen de metafase, is onvoldoende onderzocht.