組織学レク：細胞分裂補足（27th Aug 2024）

核 (Nucleus)

  • 細胞の「指令センター」
    核は細胞の「指令センター」として機能し、DNAの複製やすべてのRNAの合成および処理に必要な分子機械を含んでいます。
  • 核の構成要素
    • 形態: 大きく丸いまたは卵形の構造で、通常は細胞の中心近くにあります。
    • 大きさ: 細胞内で最も大きな構造です。
    • 構成: 核膜 (Nuclear Envelope) があり、その内部にはクロマチン (Chromatin) が含まれています。クロマチンはDNAとそれに関連するタンパク質の塊で、1つまたは複数の特化した領域としてヌクレオリ (Nucleoli) があります。

核膜 (Nuclear Envelope)

  • 機能: 核と細胞質の間に選択的透過性のバリアを形成します。
  • 構造: 二重膜で構成され、その間に狭い核膜間隙 (Perinuclear Space) があり、粗面小胞体 (RER) と連続しています。
  • 関連構造: 内膜は核ラミナ (Nuclear Lamina) という高組織化されたタンパク質のネットワークと密接に関連しています。
    • 核膜孔複合体 (Nuclear Pore Complexes)
    • ヌクレオポリン (Nucleoporins)
    • インポーチン (Importins)

ヌクレオリ (Nucleolus)

  • 特徴: 一般的に球形で、非常に塩基性染色 (Basophilic) を示す核のサブドメインで、細胞が積極的にタンパク質合成を行っているときに見られます。
  • 塩基性染色: リボソームRNA (rRNA) が濃縮されているため、強い塩基性染色を示します。リボソームRNAは転写され、処理され、リボソームサブユニットに組み立てられます。
  • 機能: リボソームの生産が必要な細胞では、rRNAをコードする染色体領域が一つまたは複数のヌクレオリを形成します。

細胞周期 (Cell Cycle)

  • 概要: 細胞の成長と分裂を制御する一連のイベントです。
  • 四つの主要段階:
    • M期 (Mitosis) と G期 (G Phase): M期は細胞分裂の過程で、G期はM期とDNA複製の開始の間の時間のギャップです。
    • S期 (S Phase): DNAの合成が行われる期間です。
    • G1期 (G1 Phase): 最も長く、変動の大きい期間で、RNAとタンパク質の活発な合成が行われます。細胞体積は分裂前のサイズに戻ります。
    • G2期 (G2 Phase): DNA複製と次のM期との間のギャップです。
    • G0期 (G0 Phase): 新しい後期分裂細胞が専門化し、分化します。細胞周期の活動が一時的または永続的に中断されることがあります。

チェックポイント (Checkpoints)

  • 概要: 細胞周期の他の段階への進行が監視され、次の段階に進む前に特定の条件が満たされている必要があります。
  • サイクリン (Cyclins): 細胞質に存在するタンパク質で、全体的なサイクリンの調節を行います。
  • CDK (Cyclin-dependent Kinases): サイクリンによって活性化され、特定のタンパク質—酵素、転写因子、細胞骨格サブユニット—をリン酸化して、次の周期段階を特徴付ける活動を引き起こします。

有糸分裂 (Mitosis)

  • 概要: 細胞分裂の期間で、親細胞が分裂し、2つの娘細胞が親細胞と同じ染色体セットを受け取ります。
  • 染色体の複製: 前のS期に複製された染色体が娘細胞に分配されます。
  • 間期 (Interphase): 有糸分裂の間にある長い期間で、G1期、S期、G2期が含まれます。
  • プロフェーズ (Prophase): 染色体が凝縮し、核膜が分解し、微小管スピンドル (Microtubular Spindle) が形成されます。
  • メタフェーズ (Metaphase): 染色体が細胞の中央に整列します。
  • アナフェーズ (Anaphase): 染色体が2つの中心体 (Centrosomes) に向かって分離し始めます。
  • テロフェーズ (Telophase): 核膜が分離した染色体の周りに再形成されます。

減数分裂 (Meiosis)

  • 概要: 2回の連続した細胞分裂によって、体細胞 (Somatic Cells) の半分の染色体数を持つ細胞 (配偶子 (Gametes)) を生成するプロセスです。
  • 特徴:
    1. プロセスの初期に、母親と父親からそれぞれの対の相同染色体 (Homologous Chromosomes) が会合し、シナプシス (Synapsis) と呼ばれる活動が行われます。
    2. 生成される細胞は単相 (Haploid) で、体細胞に存在する各対の染色体の1本だけを持ちます。
  • 受精 (Fertilization): 単相の卵子と精子が結合し、新しい二倍体細胞 (Zygote) が形成され、新しい個体が発生します。

〜減数分裂 (Meiosis) の過程〜

遅い間期 (Late Interphase)

  • 間期 (Interphase): 減数分裂の前に、細胞はDNAを複製し、準備を整えます。ここでは、染色体が複製されて2本の姉妹染色分体 (Sister Chromatids) が形成されます。

前期 I (Prophase I)

  • シナプシス (Synapsis): 相同染色体 (Homologous Chromosomes) がペアを形成し、近接して並びます。
  • 交差 (Crossing Over): 相同染色体間で遺伝子の交換が行われ、遺伝的多様性が生まれます。この過程は交差 (Crossing-over) と呼ばれ、遺伝子の再編成が行われます。
  • 染色体の凝縮 (Chromosomes Condense): 染色体がより濃く、短くなり、顕微鏡で観察しやすくなります。

中期 I (Metaphase I)

  • 染色体の整列 (Chromosomes Line Up): 相同染色体が細胞の中央に二重列 (Double File) に整列します。この整列は、次の段階での分離のために重要です。

後期 I / 終期 I (Anaphase I / Telophase I)

  • 相同染色体の分離 (Homologs Separate): 相同染色体が分離し、それぞれが異なる細胞極に移動します。ここでは姉妹染色分体 (Sister Chromatids) はまだ接続されたままです。
  • 単相娘細胞の形成 (Haploid Daughter Cells): 分離した相同染色体が各細胞に配分され、最終的に単相 (Haploid) の娘細胞が形成されます。

中期 II (Metaphase II)

  • 染色体の整列 (Chromosomes Line Up): 単相の細胞内で、染色体が単列 (Single File) に整列します。

後期 II / 終期 II (Anaphase II / Telophase II)

  • 姉妹染色分体の分離 (Sister Chromatids Separate): 姉妹染色分体が分離し、非同一の単相細胞 (Nonidentical Haploid Cells) が形成されます。
  • 遺伝的多様性 (Genetic Diversity): 減数分裂の結果として、新しい遺伝的組み合わせを持つ単相の細胞が生成されます。

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