MITOZĖ
Mitozė – tai ląstelės ciklo etapas, kurio metu pasidalija ląstelės branduolys. Pagrindiniai kitimai, vykstantys mitozės metu lemia tikslų chromosomų pasiskirstymą tarp dukterinių ląstelių. Terminą “mitozė” (graikų kalboje “mitozė” reiškia “siūlas”) pirmasis 1870 m. panaudojo Flemingas (W. Flemming), stebėdamas struktūrinius chromosomų kitimus ląstelės ciklo metu. Mitozės metu chromatinas kondensuojasi į chromosomas. Jos matomos kaip dvigubos struktūros, suformuotos iš dviejų seserinių chromatidžių (kiekviena jų turi po dvigubą DNR grandinę, replikuotą S fazėje).
Tradiciškai mitozė yra skirstoma į 4 fazes: profazę, metafazę, anafazę ir telofazę (14.1 pav.). Vėlyvoji profazė kai kurių autorių vadinama prometafaze.
Profazės metu branduolyje prasideda chromatino kondensacija. Intefazės metu padvigubėjusi centrosoma (plačiau 4 sk.) atsiskiria ir juda citozolyje į skirtingus ląstelės polius (14.2 pav., a). Tolstant centrosomoms, ilgėja nuo jų atsišakojančios mikrotubulės. Taip formuojasi pradinė mitozinė verpstė – dinamiška struktūra, sudaryta iš mikrotubulių, lemianti tikslų chromosomų paskirstymą tarp dukterinių ląstelių. Šioje fazėje išryškėja chromosomos. Kiekviena iš jų sudaryta iš dviejų seserinių chromatidžių, susijungusių centromeromis (14.2 a
Interfazė (a) Profazė (b) Prometafazė
(c) Metafazė (d) Anafazė (e) Telofazė ir citokinezė
14.2 pav. Ląstelės morfologiniai persitvarkymai dalijimosi ciklo metu (Becker ir kt., 1996).
pav.). Abiejose kiekvienos centromeros pusėse formuojasi baltyminiai diskai, vadinami kinetochorais, prie kurių tvirtinasi mitozinės verpstės mikrotubulės (14.3, a pav.). Chromosomoje kiekviena seserinė chromatidė turi po kinetochorą, nukreiptą į priešingas puses. Branduolėlis profazėje visai išnyksta.
14.3 pav. Kiekvienos chromatidės kinetochoras (šviesesnė plokštelė) jungia priešingo verpstės poliaus mikrotubules (a), mikrotubulių ir motorinių baltymų išsidėstymas mitozinėje verpstėje (b) (Becker ir kt., 1996).
Prometafazė, arba vėlyvoji profazė prasideda yrant branduolio apvalkalui. Tai leidžia mitozinės verpstės mikrotubulėms tiesiogiai sąveikauti su chromosomomis. Kai kurių organizmų ląstelėse (pvz., mielių) branduolio apvalkalas išlieka nesuiręs, o verpstė formuojasi branduolio viduje. Toks branduolio dalijimasis vadinamas “uždaro” tipo mitoze.
Prometafazėje mitozinė verpstė ilgėja, įgauna taisyklingą formą. Centrosomos išsidėsto priešingose ląstelės pusėse, sudarydamos du verpstės polius (14.4 pav.). Mikrotubulės jungiasi prie kinetochorų. Chromosomų tvirtinimasis prie vieno poliaus mikrotubulių nėra stabilus. Judėdamos pirmyn-atgal chromosomos prisijungia vis daugiau verpstės mikrotubulių. Seserinių chromatidžių kinetochorai “gaudo” skirtingų polių mikrotubules. Prometafazėje taip pat vyksta Goldžio komplekso, endoplazminio tinklo fragmentacija.
Metafazėje chromosomos maksimaliai kondensuotos, o jose seserinės chromatidės prisitvirtinę mikrotubules, atkeliaujančias iš skirtingų mitozinės verpstės polių (14.3, a pav.). Toks tvirtinimasis vadinamas bipoliniu, jis nukreipia seserines chromatides į priešingus verpstės polius. Chromosomos išsidėsto ląstelės vidurio plokštumoje, sudarydamos metafazinę plokštelę. Metafazinės plokštelės atstumas nuo abiejų polių yra vienodas. Nors tuo metu chromosomos atrodo nejudrios, jų chromatidės jau yra traukiamos į priešingas puses. Vienodo stiprumo, bet priešingos krypties jėgos kompensuoja vienos kitas, išlaikydamos chromosomas ląstelės vidurio plokštumoje. Metafazės pauzėje ląstelė išbūna apie 20 min., jei mitozė tęsiasi apie 1 valandą.
Anafazės metu jungtis tarp chromatidžių, kurią sudaro baltyminis kompleksas kohezinas, staiga suyra ir chromatidės vienu metu ima judėti link priešingų polių (maždaug 1 mm/min greičiu). Tai trumpiausia mitozės fazė, kuri paprastai užtrunka tik kelias minutes. Anafazės metu išskiriami du esminiai procesai: 1) chromatidžių judėjimas polių link, trumpėjant prie kitetochorų prisitvirtinusioms mikrotubulėms, vadinamas anafaze A ir 2) verpstės polių nutolimas ir visos ląstelės ilgėjimas, vadinamas anafaze B.
Telofazėje seserinės chromatidės pasiekia skirtingus verpstės polius. Nuo to momento jos vadinamos chromosomomis. Apie jas vėl formuojasi branduolio apvalkalas. Taip kiekviename poliuje esanti chromosomų grupė atsiduria atskirame branduolyje. Jame prasideda chromatino dekondensacija, chromosomos įgauna interfazei būdingą išvaizdą. DNR sritys, kuriose yra branduolėlius organizuojantys centrai, ima rinktis į vieną vietą, ryškėja branduolėlis. Prie kinetochorų besijungiančios mikrotubulės suyra, tuo tarpu persiklojančios mikrotubulės toliau ilgėja. Jos yra svarbios citokinezės metu, kai visas ląstelės turinys pasidalija į dvi dalis.
Mitozinė verpstė ir jos dinamika. Kaip jau minėjome, pagrindinė struktūra lemianti tikslų chromosomų pasidalijima mitozės metu yra mitozinė verpstė (angl.k. – spindle). Mitozinė verpstė formuojasi iš ląstelės citoskeleto elementų – mikrotubulių (plačiau 4 sk.). Mitozės metu
mikrotubulių augimas ypač suintensyvėja, šį procesą valdo reguliaciniai baltymai aptariami sekančioje dalyje. Mitozinėje verpstėje visų mikrotubulių (-) galai yra verpstės poliuose, o (+) galai nukreipti į ląstelės žievę arba chromosomas (14.3 pav.). Pagal (+) galo orientaciją mitozinės verpstės mikrotubulės skirstomos į: 1) kinetochorų, 2) žvaigždės ir 3) polių (14.4 pav.).
Kinetochorų (angl.k. – kinetochore) mikrotubulių (+) galas sąveikauja su chromatidžių kinetochorais. Šios mikrotubulės kontroliuoja tvarkingą chromatidžių judėjimą į priešingus polius. Mielių ląstelėse kinetochorai maži ir jungia tik po vieną kinetochoro mikrotubulę. Žinduolių ląstelėse prie kiekvienos chromosomos vidutiniškai jungiasi apie 30-40 mikrotubulių (14.3, a pav.).
Žvaigždės (angl.k. – astral) mikrotubulės (+) galais remiasi į ląstelės žievę. Ši sąveika yra svarbi simetriškam verpstės išsidėstymui bei dalijimosi plokštumos lokalizavimui.
Polių (angl.k. – polar) mikrotubulės persikloja ir sąveikauja su priešingo poliaus mikrotubulėmis. Ši sąveika padeda išlaikyti charakteringą verpstės formą. Polių mikrotubulės ypatingai pailgėja anafazės B metu ir aktyviai dalyvauja polių nutolime.
14.4 pav. Trys mitozinės verpstės mikrotubulių tipai. (A) Mitozinės verpstės vaizdas drozofilos embriono ląstelėje, gautas konfokalinės mikroskopijos būdu. (B) Schematinė mitozinės verpstės struktūra (Alberts ir kt., 1994).
Mitozinė verpstė yra dinamiška sistema. Mikrotubulių ilgis nuolat kinta dėl natūralaus mikrotubulių dinaminio nestabilumo, kuris smarkiai padidėja mitozės metu. Be to, mikrotubulių dinamiką įtakoja ir motoriniai baltymai (citoplazminis dineinas ir kinezinai) gausiai aptinkami ant mitozinės verpstės. Dažniausiai motoriniai baltymai tvirtinasi mikrotubulių (+) galuose. Jie ne tik užtikrina mechaninį mikrotubulių judėjimą, bet ir formuoja mikrotubulių išsidėstymą verpstėje (14.3, b pav). Žvaigždės mikrotubulės (+) galais remiasi į ląstelės žievę sudarantį aktino