Hva er Cytokinesis og hvordan er det produsert?

Cytokinesis er prosessen med å dele cytoplasma til en celle som resulterer i to datterceller under prosessen med celledeling.

Det forekommer både i mitose og i meiose og er vanlig i dyreceller. I tilfelle av noen planter og sopp finner cytokinesis ikke sted, fordi disse organismene aldri deler deres cytoplasma. Syklusen av cellulær reproduksjon kulminerer i partisjonen av cytoplasma gjennom cytokinesisprosessen.

I en typisk dyrecelle forekommer cytokinesi i løpet av mitoseprosessen, men det kan være noen typer celler som osteoklaster som kan gjennomgå prosessen med mitose uten cytokinesi som finner sted (Biology-Online.org, 2017 ).

Prosessen med cytokinesi begynner under anafasen og avsluttes under telofasen, som foregår helt i det øyeblikk neste grensesnitt begynner.

Den første synlige forandringen av cytokinesis i dyreceller blir tydelig når en skillespor vises på celleoverflaten. Denne furgen blir raskt mer uttalt og ekspanderer rundt cellen til delen er helt i midten.

I dyreceller og mange eukaryote celler er strukturen som følger med cytokinesisprosessen kjent som "kontraktilring", et dynamisk sett bestående av aktinfilamenter, myosin II-filamenter og mange strukturelle og regulatoriske proteiner. Den er installert under cellens plasmamembran og kontrakter for å dele den i to deler.

Det største problemet at en celle som går gjennom cytokinesisprosessen må møte, er at denne prosessen skjer på riktig tidspunkt og sted. Siden cytokinesis ikke må forekomme tidlig i mitosefasen, eller det kan forstyrre den riktige fordeling av kromosomene.

Mitotiske spines og celledeling

Mitotiske spindler i dyrene av celler er ikke alene ansvarlige for å separere de resulterende kromosomene, de spesifiserer også plasseringen av kontraktile ring og dermed flyet til celledeling.

Kontraktringen har en uforanderlig form i metafaseplatens plan. Når den er i riktig vinkel, strekker den seg langs aksen til den mitotiske spindelen, slik at oppdelingen skjer mellom de to settene av separerte kromosomer.

Den delen av mitotisk spindel som spesifiserer divisjonens plan kan variere avhengig av typen av celle. Forholdet mellom spindelmikro-tubuli og plasseringen av kontraktile ringen har blitt mye undersøkt av forskere.

Disse har manipulert befruktede egg av marine hvirveldyrsdyr med det formål å observere hastigheten som sporene dukker opp i cellene uten at vekstprosessen blir avbrutt (Guertin, Trautmann, & McCollum, 2002).

Når cytoplasma er klar, kan spindelen lett ses, så vel som øyeblikket i sanntid hvor den befinner seg i en ny posisjon i tidlig anafase-tilstand.

Asymmetrisk divisjon

I de fleste celler forekommer cytokinesi symmetrisk. I de fleste dyr er for eksempel kontraktile ringen dannet rundt ekvatorlinjen til stamcellen, slik at de to resulterende dattercellene har samme størrelse og lignende egenskaper.

Denne symmetrien er mulig takket være plasseringen av den mitotiske spindelen, som har en tendens til å fokusere på cytoplasma ved hjelp av de astrale mikro-tubuli og proteiner som trekker dem fra den ene siden til den andre.

I prosessen med cytokinesi er det mange variabler som må fungere på en synkron måte slik at den lykkes. Men når en av disse variablene endres, kan cellene deles asymmetrisk, produserer to datterceller av forskjellige størrelser og med et ulikt cytoplasmatisk innhold (Utdanning, 2014).

Vanligvis er de to dattercellene ment å utvikle seg anderledes. For at dette skal være mulig, må modercellen segregere noen determinantkomponenter av destinasjonen til den ene siden av cellen og deretter finne delingsplanet slik at den angitte dattercellen arver disse komponentene ved delingen.

For å posisjonere divisjonen asymmetrisk må den mitotiske spindelen flyttes på en kontrollert måte i cellen som skal dele seg.

Tilsynelatende er denne bevegelsen av spindelen drevet av endringer i cellesyklusens regionale soner og av lokaliserte proteiner som hjelper forflytting av en av spindelpolene ved hjelp av de astrale mikrotubuli.

Contractile ring

Etter hvert som de astrale mikrobukkene blir lengre og mindre dynamiske i deres fysiske respons, begynner kontraktilringen å dannes under plasmamembranen.

Imidlertid skjer mye av preparatet for cytokinesi tidligere i prosessen med mitose, selv før cytoplasma begynner å splitte seg.

Under grensesnittet kombinerer aktin- og myosin II-filamenter og danner et kortikalt nettverk, og selv i noen celler genererer de store cytoplasmatiske stråler som kalles stressfibre.

I den utstrekning at en celle initierer mitoseprosessen, blir disse ordningene avvæpnet og mye av aktinet omorganiseres og myosin II-filamentene frigjøres.

I den grad kromatider separeres under anafase, begynner myosin II å akkumulere raskt for å skape kontraktile ringen. Selv i enkelte celler er det nødvendig å bruke proteiner fra familien av kinaser for å regulere sammensetningen av både den mitotiske spindelen og kontraktilringen.

Når kontraktilringen er fullt bevæpnet, inneholder den mange forskjellige proteiner til actin og myosin II. De overlagde matriser av bipolære actin- og myosin II-filamenter genererer den nødvendige kraften for å dele cytoplasmaet i to deler, i en prosess som ligner den som utføres av glatte muskelceller (Rappaport, 1996).

Men måten kontraktile ring kontrakter er fortsatt et mysterium. Tilsynelatende virker det ikke på grunn av en ledningsmekanisme med aktin og myosin II-filamenter som beveger seg oppå hverandre, slik som skjelettmuskulaturen.

Siden, når ringen samler seg, beholder den sin samme stivhet gjennom hele prosessen. Dette betyr at antall filamenter faller i medaen hvor ringen lukkes (Alberts, et al., 2002).

Fordeling av organeller i datterceller

Prosessen med mitose bør sikre at hver av dattercellene får samme antall kromosomer. Men når en eukaryotisk celle deler seg, må hver dattercell også arve en serie av essensielle cellulære komponenter, inkludert organeller som er innelukket i cellemembranen.

Cellulære organeller som mitokondrier og kloroplaster kan ikke genereres spontant fra deres individuelle komponenter, de kan bare oppstå ved vekst og deling av eksisterende organeller.

På samme måte kan celler ikke lage et nytt endoplasmatisk retikulum, med mindre en del av den er til stede i cellemembranen.

Noen organeller som mitokondriene og kloroplastene er til stede i et stort antall i modercellen, for å sikre at de to dattercellene arver dem vellykket.

Det endoplasmatiske retikulum i perioden med cellulært grensesnitt blir kontinuerlig funnet sammen med cellemembranen og er organisert av cytoskeletale mikro-tubuli (Brill, Hime, Scharer-Schuksz, & Fuller, 2000).

Etter å ha kommet inn i mitosefasen frigjør omorganiseringen av mikrotubuli det endoplasmatiske retikulum, som er fragmentert i den utstrekning at kjernehylsen også bryter. Golgi-apparatet er også trolig fragmentert, selv om det i noen celler ser ut til å bli distribuert gjennom retikulumet for senere å komme inn i telofasen.

Mitose uten cytokinesis

Selv om celledeling er vanligvis etterfulgt av deling av cytoplasma, er det noen unntak. Noen celler går gjennom flere prosesser med celledeling uten at cytoplasma deles.

For eksempel passerer fruktfluens embryo gjennom 13 stadier av kjernefysisk divisjon før cytoplasmatisk deling finner sted, noe som resulterer i en stor celle med opptil 6000 kjerner.

Dette arrangementet har som mål å akselerere den tidlige utviklingsprosessen, siden cellene ikke trenger å ta så lang tid å gå gjennom alle stadier av celledeling som er involvert i cytokinesi.

Etter at denne raske kjernefysiske divisjonen finner sted, opprettes cellene rundt hver kjerne i en enkelt prosess av cytokinesi, kjent som celurisering. De kontraktile ringene dannes på overflaten av cellene, og plasmamembranen strekker seg innover og justerer seg for å omslutte hver kjernen

Prosessen med mitose uten cytokinesis forekommer også i enkelte typer pattedyrceller, som osteoklaster, trofoblaster og noen hepatocytter og hjerte muskelceller. Disse cellene, for eksempel, vokser på en multinuclear måte, som ville noen sopp eller frukt flyr (Zimmerman, 2012).