Amitoza

Amitoza ( a- + mitoza ), zwana także kariostenozą lub bezpośrednim podziałem komórkowym lub rozszczepieniem binarnym , to proliferacja komórek , która nie zachodzi w drodze mitozy , mechanizmu zwykle identyfikowanego jako niezbędny do podziału komórek u eukariontów . Poliploidalne makrojądro znalezione w orzęskach dzieli się amitotycznie. Podczas gdy normalna mitoza skutkuje precyzyjnym podziałem alleli rodzicielskich , amitoza skutkuje losowym rozmieszczeniem alleli rodzicielskich. Poziom ploidii > 1000 u niektórych gatunków oznacza, że ​​oba allele rodzicielskie mogą być utrzymywane przez wiele pokoleń, podczas gdy gatunki z mniejszą liczbą każdego chromosomu będą miały tendencję do homozygot pod względem jednego lub drugiego allelu rodzicielskiego w procesie znanym jako asortyment fenotypowy lub alleliczny.

Nie obejmuje maksymalnej kondensacji chromatyny w chromosomy, którą można zaobserwować pod mikroskopem świetlnym, gdy ustawiają się one parami wzdłuż płytki metafazowej. Nie obejmuje ciągnięcia tych sparowanych struktur w przeciwnych kierunkach przez wrzeciono mitotyczne w celu utworzenia komórek potomnych. Raczej wpływa na proliferację jądrową bez udziału chromosomów, co jest niepokojące dla biologów komórkowych, którzy polegają na figurze mitotycznej jako zapewnieniu, że chromatyna jest równomiernie rozprowadzana w komórkach potomnych. Zjawisko amitozy, mimo że jest akceptowane jako występujące w orzęskach, nadal spotyka się ze sceptycyzmem co do jego roli w proliferacji komórek ssaków, być może dlatego, że brakuje mu uspokajającej ikonografii mitozy. Oczywiście stosunkowo niedawne odkrycie zmienności liczby kopii (CNV) w komórkach ssaków w narządzie znacznie podważa odwieczne założenie, że każda komórka w organizmie musi odziedziczyć dokładną kopię genomu rodzicielskiego, aby mogła funkcjonować. Zamiast CNV wynikających z nieudanej mitozy, niektóre z tych zmian mogą wynikać z amitozy i mogą być zarówno pożądane, jak i konieczne. Ponadto orzęski posiadają mechanizm dostosowywania liczby kopii poszczególnych genów podczas amitozy makrojądra.

Amitoza została po raz pierwszy opisana w 1880 roku przez Walthera Flemminga (bardziej znanego z opisu mitozy) i innych (Child, 1907). Przez kilka następnych lat biolodzy często myśleli, że komórki czasami dzielą się przez mitozę, ale innym razem mogą dzielić się przez amitozę. Jednak od przełomu XIX i XX wieku amitozie nie poświęcono wiele uwagi. Używanie „mitozy w komórkach ssaków” jako wyszukiwanego terminu w bazie danych Medline wywołuje ponad 10 000 badań dotyczących mitozy, podczas gdy „amitoza w komórkach ssaków” pozwala uzyskać tytuły mniej niż 50 artykułów. Ten brak danych doprowadził wielu naukowców do wniosku, że amitoza nie istnieje lub ma minimalne znaczenie – jeśli jakikolwiek sposób proliferacji można uznać za „minimalnie ważny”, podczas gdy wojna z rakiem nie została jeszcze wygrana.

W związku z tym odrodzenie zainteresowania rolą amitozy w proliferacji ssaków narastało w ciągu ostatnich dwóch do trzech dekad. Przegląd powstałej literatury nie tylko potwierdza udział amitozy w proliferacji komórek, ale także bada istnienie więcej niż jednego mechanizmu amitotycznego zdolnego do wytwarzania „jąder potomnych” bez udziału „chromosomów mitotycznych”. Jedna forma amitozy polega na rozszczepieniu, rozszczepieniu jądra na dwie części bez udziału chromosomów, i została opisana w tkance łożyska, jak również w komórkach wyhodowanych z tej tkanki u szczurów, w ludzkich trofoblastach i mysich trofoblastach. Amitozę przez rozszczepienie odnotowano również w komórkach wątroby ssaków i ludzkich komórkach nadnerczy. Chen i Wan nie tylko opisali amitozę w wątrobie szczura, ale także przedstawili mechanizm czteroetapowego procesu amitotycznego, w którym nici chromatyny są reprodukowane i równomiernie rozprowadzane do komórek potomnych, gdy jądro dzieli się na dwie części.

Dodatkowe przykłady proliferacji niemitotycznej i ważne spostrzeżenia na temat leżących u jej podstaw mechanizmów wynikają z szeroko zakrojonych prac nad komórkami poliploidalnymi . Kiedyś uważano, że takie komórki, od dawna uznawane za istnienie, są po prostu anomalne. Zgromadzone badania , w tym w wątrobie, sugerują obecnie, że komórki zawierające wiele kopii genomu są w istotny sposób zaangażowane w zdolność komórki do przystosowania się do środowiska. Kilkadziesiąt lat badań wykazało, że komórki poliploidalne są często „redukowane” do komórek diploidalnych na drodze amitozy (Zybina i in.). Na przykład wykazano, że naturalnie występujące poliploidalne komórki łożyska są zdolne do wytwarzania jąder z diploidalnymi lub prawie diploidalnymi dopełnieniami DNA. Co więcej, Zybina i jej współpracownicy wykazali, że takie jądra, pochodzące z poliploidalnych komórek łożyska, otrzymują jedną lub więcej kopii wykrywalnego mikroskopowo regionu chromatyny, wykazując, że nawet bez uspokajającej ikonografii identycznych chromosomów rozmieszczonych w „identycznych” komórkach potomnych , ten szczególny proces amitotyczny skutkuje reprezentatywną transmisją chromatyny. Badając szczurze poliploidalne trofoblasty, ta grupa badawcza wykazała, że ​​otoczka jądrowa jądra olbrzymiego bierze udział w tym podziale wysoce poliploidalnego jądra na jądra o niskiej ploidalności. Komórki poliploidalne są również przedmiotem eksperymentów mających na celu określenie, w jaki sposób niektóre komórki mogą przetrwać chemioterapię. Erenpreisa i współpracownicy wykazali, że po potraktowaniu hodowanych komórek chemikaliami hamującymi mitozę (podobnymi do stosowanych w niektórych chemioterapiach) przeżywa niewielka populacja indukowanych komórek poliploidalnych. Ostatecznie ta populacja może dać początek „normalnym” komórkom diploidalnym poprzez tworzenie bukietów poliploidalnej chromatyny, które powracają do stanu międzyfazowego i rozdzielają się na kilka drugorzędowych jąder. Procesowi temu towarzyszą intrygujące zjawiska, w tym kontrolowana autofagiczna degradacja niektórych DNA, a także wytwarzanie arkuszy o ograniczonej otoczce jądrowej. Ponieważ żadna z tych depoliploidyzacji nie obejmuje chromosomów mitotycznych, odpowiadają one szerokiej definicji amitozy.

Istnieje również wiele doniesień o amitozie występującej, gdy jądra pączkują przez błonę plazmatyczną komórki poliploidalnej. Wykazano, że taki proces zachodzi w komórkach owodni transformowanych wirusem, a także w liniach fibroblastów zarodków myszy narażonych na czynniki rakotwórcze. Podobny proces zwany ekstruzją opisano dla trofoblastów norek, tkanki, w której również obserwuje się rozszczepianie. Asymetryczny podział komórek został również opisany w poliploidalnych olbrzymich komórkach rakowych i niskich komórkach eukariotycznych i doniesiono, że występuje on w amitotycznych procesach podziału, pączkowania lub mechanizmów podobnych do wybuchu. Podobnie opisano dwa różne rodzaje amitozy w monowarstwach komórek endometrium Ishikawy ( Fleming, 2014 ).

Wykazano, że przykład amitozy szczególnie nadającej się do tworzenia wielu zróżnicowanych jąder w rozsądnie krótkim czasie występuje podczas różnicowania półkul otaczających płyn, zwanych kopułami, z przylegających jednowarstwowych komórek endometrium Ishikawy w okresie około 20 godzin. ( Fleming 1995 ; Fleming, 1999 ) Agregaty jąder jednowarstwowych syncytii zostają otoczone błonami mitochondrialnymi, tworząc struktury (mitonukleony), które unoszą się w wyniku tworzenia się wakuoli podczas pierwszych 6 godzin różnicowania ( Fleming 1998 ; Fleming, 2015a ). W ciągu następnych 4 lub 5 godzin chromatyna z tych zagregowanych jąder staje się coraz bardziej piknotyczna, ostatecznie przechodząc kariolizę i kariorrheksję w obecnie uniesionych strukturach predome ( Fleming, 2015b ). W innych systemach takie zmiany towarzyszą apoptozie , ale nie w różnicujących się komórkach Ishikawy, gdzie procesy wydają się towarzyszyć zmianom w DNA niezbędnym dla nowo utworzonych zróżnicowanych komórek kopułowych. Wreszcie, włókna chromatyny wyłaniające się z tych procesów tworzą masę, z której dziesiątki jąder kopułowych są generowane amitotycznie ( Fleming, 2015c ) przez okres około 3 godzin z widocznym udziałem arkuszy ograniczonych otoczką jądrową.

To, że wszystko to może być wierzchołkiem góry lodowej, sugerują badania przeprowadzone w laboratorium Waltera Thilly'ego. Badanie jelita płodu (od 5 do 7 tygodnia), gruczolaków okrężnicy i gruczolakoraków ujawniło jądra, które wyglądają jak wydrążone dzwony otoczone syncycjami kanalikowymi. Struktury te mogą dzielić się symetrycznie w procesie amitotycznego rozszczepienia jądra, tworząc nowe „dzwony”. Lub mogą rozszczepiać się asymetrycznie, w wyniku czego powstaje jeden z siedmiu innych morfotypów jądrowych, z których pięć wydaje się być specyficznych dla rozwoju, ponieważ rzadko obserwuje się je w organizmach dorosłych.

Zgromadzone badania nad amitozą sugerują, że takie procesy rzeczywiście są zaangażowane w produkcję około 37 bilionów komórek u ludzi, być może szczególnie w fazach rozwoju płodowego i embrionalnego, kiedy wytwarzana jest większość tych komórek, być może w ciągu złożoność implantacji, być może w przypadku różnicowania dużej liczby komórek, a być może w komórkach rakowych.

Słowo ostrzeżenia: niektóre przykłady podziałów komórek, które wcześniej uważano za należące do tej „niemitotycznej” klasy, takie jak podział niektórych jednokomórkowych eukariontów, mogą w rzeczywistości zachodzić w procesie „ zamkniętej mitozy”, innej niż otwarta lub pół-zamknięta procesy mitotyczne, wszystkie z udziałem chromosomów mitotycznych i sklasyfikowane według losu otoczki jądrowej .

Dalsza lektura

Dziecko CM. 1907 Amitoza jako czynnik prawidłowego i regulacyjnego wzrostu. Anat Anz. 30: 271–97.

Coleman SJ, Gerza L, JonesCJ, Sibley CP, Aplin JD, Heazell AEP. 2013. Syncytalny jądrowy

Fleming H. 1995 Różnicowanie ludzkich komórek endometrium w hodowli jednowarstwowej: Zależność od czynnika w płodowej surowicy bydlęcej J.Cell Biochem. 57:262-270.

Fleming H, Condon R, Peterson G, Guck I, Prescott E, Chatfield K, Duff M. 1998. Rola błon zawierających biotynę i rozmieszczenie jąder w różnicowaniu ludzkich komórek endometrium. Journal of Cellular Biochemistry . 71 (3): 400–415.

Fleming H. 1999 Struktura i funkcja hodowanych komórek nabłonka endometrium. Semin Reprod Endocrinol.17(1):93-106.

Fleming H. 2014 Niezwykłe cechy nieprzezroczystych komórek endometrium Ishikawy obejmują otoczkę chromosomów materiałem zawierającym endogenną biotynę w późniejszych etapach cytokinezy doi : 10.7287/peerj.preprints.772v1

Fleming H. 2016a. Mitonukleony utworzone podczas różnicowania komórek nabłonka endometrium Ishikawy biorą udział w tworzeniu wakuoli, które podnoszą komórki jednowarstwowe do kopuł. Zróżnicowanie kopuł Ishikawy, część 1 , doi : 10.7287/peerj.preprints.1728v1

Fleming H. 2016b. Chromatyna pyknotyczna w mitonukleonach unoszących się w syncytia przechodzi kariorheksję i kariolizę przed połączeniem w nieregularną masę chromatyny: Różnicowanie kopuł Ishikawy, część 2, doi : 10.7287/peerj.preprints.1729v1

Fleming H. 2016c. Masa chromatyny z wcześniej zagregowanych, pyknotycznych i fragmentowanych jąder jednowarstwowych jest źródłem jąder komórek kopułowych generowanych przez amitozę: Differentiation of Ishikawa Domes, Part 3, doi : 10.7287/peerj.preprints.1730v1

  Güttinger, S; Laurell, E; Kutay, U (2009), „Orkiestrowanie demontażu i ponownego składania otoczki jądrowej podczas mitozy”, Nat Rev Mol Cell Biol 10 (3): 178–191, doi : 10.1038 / nrm2641 , PMID 19234477

Isakova GK, Shilova IE. 2000. Rozmnażanie przez „pączkowanie” komórek trofoblastu u norek wszczepiających blastocysty. Dokl Biol Sci. 371:214-6.

Schoenfelder KP, Fox DT 2015 Rozszerzające się implikacje poliploidii. J Cell Biol. 25;209(4):485-91. doi : 10.1083/jcb.201502016 .

Thilly WG, Gostjeva EV, Koledova VV, Zukerberg LR, Chung D, Fomina JN, Darroudi F, Stollar BD. 2014. Jądra metakariotycznych komórek macierzystych wykorzystują pangenomowe produkty pośrednie dsRNA / DNA w replikacji i segregacji genomu. Organogeneza. 10(1):44-52. doi : 10.4161/org.27684 . Epub 2014 13 stycznia.

Walen K.H. 2004. Spontaniczna transformacja komórek: karioplasty pochodzące z komórek wielojądrzastych powodują wzrost nowych komórek w hodowlach starzejących się ludzkich komórek nabłonkowych. In Vitro Cell Dev Biol Anim. 40(5-6):150-8.

Zybina EV, Zybina TG, Bogdanova MS, Stein GI 2005 Cell Biol Int. 29 (12): 1066-1070