Mitoze un meioze: galvenās atšķirības

Mitozi tradicionāli sadala piecos posmos, kas nepārtraukti pāriet cits citā. Pēc kodola dalīšanās seko citokinēze, kurā pati šūna pāršķeļas divās.

1. Profāze: hromatīns saritinās redzamās hromosomās, katra jau sastāv no divām māsu hromatīdām, un sāk veidoties dalīšanās vārpsta.
2. Prometafāze: kodola apvalks sairst, un vārpstas mikrotubulas pieķeras hromosomu centromēru rajonam.
3. Metafāze: hromosomas sarindojas šūnas ekvatora plaknē, un kontroles punkts pārbauda, vai katra ir pareizi piestiprināta.
4. Anafāze: māsu hromatīdas atdalās un tiek pārvilktas uz pretējiem šūnas poliem.
5. Telofāze: ap abām hromosomu kopām atjaunojas kodola apvalks, hromosomas atkal izplešas.
6. Citokinēze: kontraktīls aktīna un miozīna gredzens pāršķeļ citoplazmu, un rodas divas patstāvīgas šūnas.

Meiozes būtība ir tā, ka vienai DNS kopēšanai seko divas dalīšanās. Tāpēc hromosomu skaits vispirms samazinās uz pusi, bet pēc tam katrā šūnā paliek pa vienai hromatīdai no katras hromosomas.

Pirmā dalīšanās ir tā, kas padara meiozi unikālu. Tās profāzē homologās hromosomas savstarpēji sapārojas visā garumā un apmainās ar atbilstošiem posmiem. Šo apmaiņu sauc par krustmiju jeb rekombināciju, un tā nozīmē, ka bērnam nodotā hromosoma vairs nav ne tīri vectēva, ne tīri vecmāmiņas hromosoma, bet gan abu sajaukums.

• Pirmā meiozes dalīšanās atdala homologās hromosomas, un šūnu skaits kļūst divas, katrā 23 hromosomas ar divām hromatīdām.
• Katra pāra novietojums ekvatorā ir nejaušs, tāpēc mātes un tēva hromosomas sadalās pa meitšūnām nejaušā kombinācijā.
• Starp abām dalīšanās kārtām DNS netiek kopēta atkārtoti.
• Otrā meiozes dalīšanās norisē atgādina mitozi un atdala māsu hromatīdas.
• Gala rezultāts ir četras haploīdas šūnas, no kurām neviena nav ģenētiski identiska citai.

Ērtākais veids, kā atšķirības paturēt prātā, ir salīdzināt tās pa punktiem. Uzmanību ir vērts pievērst tieši rindai par ģenētisko identitāti, jo tieši tā nosaka abu procesu bioloģisko jēgu.

Ģenētiskā daudzveidība, ko rada meioze, nāk no trim avotiem: krustmijas, hromosomu pāru nejaušās sadales un tā, ka apaugļošanā satiekas divas nejauši izvēlētas dzimumšūnas. Kopā tas nozīmē, ka praktiski nav iespējams, ka diviem brāļiem vai māsām, izņemot identiskos dvīņus, būtu vienāds ģenētiskais materiāls.

Krustmijai ir arī praktisks pielietojums medicīnā. Tieši tāpēc, ka gēni, kas atrodas tuvu viens otram uz vienas hromosomas, mēdz tikt pārmantoti kopā, ir iespējams kartēt slimību izraisošos gēnus. Šī sakarība ir cilvēka ģenētikas kartēšanas pamatā un ļāva atrast daudzu iedzimtu slimību cēloņus vēl pirms pilnīgas genoma nolasīšanas.

Mitozes kļūdas galvenokārt skar audzēju veidošanos. Ja bojāti gēni, kas kontrolē šūnas cikla kontrolpunktus, šūna dalās ar bojātu DNS vai nepareizu hromosomu skaitu. Hromosomu nestabilitāte ir viena no ļaundabīgu audzēju raksturīgākajām pazīmēm.

Meiozes kļūdas skar nākamo paaudzi. Ja homologās hromosomas vai māsu hromatīdas neatdalās, rodas dzimumšūna ar lieku hromosomu vai bez tās. Ja šāda šūna piedalās apaugļošanā, veidojas embrijs ar trisomiju vai monosomiju. Lielākā daļa šādu grūtniecību beidzas ar agrīnu spontānu abortu, un tikai daļa attīstās tālāk.

Atsevišķa nozīme ir tam, ka sievietes olšūnas ir apstājušās pirmajā meiozes profāzē kopš augļa dzīves. Jo vecāka sieviete, jo ilgāk hromosomas tur ir noturētas sapārotas un jo lielāka varbūtība, ka tās neatdalīsies pareizi. Tieši šis mehānisms izskaidro, kāpēc hromosomu anomāliju risks pieaug ar mātes vecumu.

• Trisomija 21 jeb Dauna sindroms: liekā 21. hromosoma.
• Trisomija 18 un trisomija 13: smagas attīstības anomālijas.
• Klinefeltera sindroms un Tērnera sindroms: dzimumhromosomu skaita novirzes.
• Trīsdaļīgs jeb triploīds embrijs: parasti divu spermatozoīdu apaugļošanas rezultāts.

Klasiskā metode ir kariotipēšana: šūnu kultūrā audzē limfocītus, apstādina dalīšanos metafāzē ar kolhicīnu, iekrāso hromosomas ar joslu metodi un saskaita tās mikroskopā. Tā joprojām ir pamatizmeklējums hromosomu skaita novirzēm un lielām strukturālām pārkārtošanās.

Mūsdienās to papildina fluorescences in situ hibridizācija, hromosomu mikromasīvs un neinvazīvs pirmsdzemdību tests, kurā no mātes asinīm analizē augļa DNS fragmentus. Neinvazīvs tests ir skrīnings, nevis diagnoze, tāpēc pozitīvu atbildi apstiprina ar amniocentēzi vai horija bārkstiņu biopsiju.

Ar šiem jautājumiem nodarbojas klīniskais ģenētiķis, grūtniecības laikā sadarbībā ar ginekologu un dzemdību speciālistu. Ja ģimenē ir bijuši atkārtoti spontāni aborti, iedzimtas attīstības anomālijas vai zināma hromosomu pārkārtošanās, ģenētiķa konsultācija ir pamatota vēl pirms grūtniecības plānošanas.

Vairākas kļūdas atkārtojas gan skolas darbos, gan sarunvalodā, un tās ir viegli novērst, ja atceras dažus pamatprincipus.

• Mitoze nav šūnas dalīšanās kopumā: mitoze ir kodola dalīšanās, bet pašas šūnas pāršķelšanās ir citokinēze.
• Meiozes otrā dalīšanās izskatās pēc mitozes, bet notiek haploīdā šūnā, tāpēc hromosomu skaits vairs nesamazinās.
• Homologās hromosomas nav māsu hromatīdas: pirmās nāk no dažādiem vecākiem, otrās ir vienas hromosomas kopijas.
• Latviešu valodā sastopami abi raksti, mejoze un meioze; pareizais un standartizētais termins ir meioze.

Pirmkārt, mitoze nav simetriska visos audos. Cilmes šūnas bieži dalās asimetriski: viena meitšūna paliek cilmes šūna, otra sāk diferencēties. Šo virzienu nosaka tas, kā dalīšanās vārpsta ir orientēta pret audu pamatni un kā nevienmērīgi sadalās atsevišķas signālmolekulas citoplazmā.

Otrkārt, mitoze notiek ātri, bet sagatavošanās tai aizņem lielāko daļu šūnas cikla. Pati dalīšanās šūnas mūžā ir īss epizods, turpretī interfāzē šūna aug, kopē DNS un pārbauda kļūdas. Tieši šī pārbaude, nevis pati dalīšanās, pasargā organismu no bojātu šūnu izplatīšanās.

Treškārt, meiozes rekombinācijas biežums nav vienāds visā genomā. Ir posmi, kur krustmija notiek bieži, un posmi, kur tā gandrīz nekad nenotiek, piemēram, centromēru tuvumā. Šī nevienmērība tieši ietekmē to, cik viegli vai grūti ir atrast konkrētu slimības gēnu ar saistības analīzi.