Meiosen är uppdelad i meios I och meios II som i sin tur är uppdelade i Karyokinesis I och Cytokinesis I respektive Karyokinesis II och Cytokinesis II. De förberedande stegen som leder fram till meiosen är identiska till mönster och namn med interfasen i den mitotiska cellcykeln. Interfasen är indelad i tre faser:
- Tillväxt 1 (G1) fas: I denna mycket aktiva fas syntetiserar cellen sin stora mängd proteiner, inklusive de enzymer och strukturella proteiner som den kommer att behöva för tillväxten. I G1 består varje kromosom av en enda linjär DNA-molekyl.
- Syntesfas (S): Det genetiska materialet replikeras; var och en av cellens kromosomer dupliceras för att bli två identiska systerkromatider som fästs vid en centromer. Denna replikation ändrar inte cellens ploidi eftersom centromerantalet förblir detsamma. De identiska systerkromatiderna har ännu inte kondenserats till de tätt packade kromosomer som syns i ljusmikroskopet. Detta sker under profas I i meiosen.
- Tillväxtfas 2 (G2): G2-fasen som ses före mitos förekommer inte i meiosen. Meiotisk profas motsvarar närmast G2-fasen i den mitotiska cellcykeln.
Interfas följs av meios I och sedan meios II. Meios I separerar replikerade homologa kromosomer, som var och en fortfarande består av två systerkromatider, i två dotterceller, vilket minskar kromosomantalet med hälften. Under meios II kopplas systerkromatiderna bort och de resulterande dotterkromosomerna separeras till fyra dotterceller. För diploida organismer är dottercellerna från meiosen haploida och innehåller endast en kopia av varje kromosom. Hos vissa arter går cellerna in i en vilofas som kallas interkinesi mellan meios I och meios II.
Meios I och II är var och en uppdelad i profas, metafas, anafas och telofas, vars syfte liknar deras analoga subfaser i den mitotiska cellcykeln. Därför omfattar meiosen stadierna meios I (profas I, metafas I, anafas I, anafas I, telofas I) och meios II (profas II, metafas II, anafas II, telofas II).
Under meiosen transkriberas specifika gener i högre grad. Förutom det starka meiotiska stadiespecifika uttrycket av mRNA finns det också genomgripande translationskontroller (t.ex. selektiv användning av förformat mRNA) som reglerar det slutliga meiotiska stadiespecifika proteinuttrycket av gener under meiosen. Således bestämmer både transkriptionella och translationella kontroller den breda omstrukturering av meiotiska celler som behövs för att genomföra meiosen.
Meiosis IEdit
Meios I segregerar homologa kromosomer, som förenas som tetrader (2n, 4c), vilket ger upphov till två haploida celler (n kromosomer, 23 hos människor) som var och en innehåller kromatidpar (1n, 2c). Eftersom ploiditeten reduceras från diploid till haploid kallas meios I för en reduktionell delning. Meios II är en ekvationell delning analogt med mitos, där systerkromatiderna segregeras och skapar fyra haploida dotterceller (1n, 1c).
Profas IEdit
Profas I är den överlägset längsta fasen i meiosen (den varar 13 av 14 dagar hos möss). Under profas I bildar homologa kromosomer från modern och fadern par, synapserar och utbyter genetisk information (genom homolog rekombination) och bildar minst en crossover per kromosom. Dessa korsningar blir synliga som chiasmata (plural; singular chiasma). Denna process underlättar en stabil parning mellan homologa kromosomer och möjliggör därmed en korrekt segregering av kromosomerna vid den första meiotiska delningen. De parade och replikerade kromosomerna kallas bivalenter (två kromosomer) eller tetrader (fyra kromatider), där en kromosom kommer från varje förälder. Profas I är uppdelad i en rad delfaser som benämns efter kromosomernas utseende.
LeptotenEdit
Det första stadiet av profas I är leptotenstadiet, även kallat leptonema, från grekiska ord som betyder ”tunna trådar”. 27 I detta stadium av profas I blir enskilda kromosomer – som var och en består av två replikerade systerkromatider – ”individualiserade” för att bilda synliga strängar i kärnan.:27:353 Kromosomerna bildar var och en en linjär rad av slingor som förmedlas av kohesin, och de laterala elementen i synaptonemalkomplexet samlas och bildar ett ”axialt element” från vilket slingorna utgår. Rekombinationen initieras i detta skede av enzymet SPO11 som skapar programmerade dubbelsträngsbrott (cirka 300 per meios hos möss). Denna process genererar enkelsträngade DNA-filament som är belagda med RAD51 och DMC1 och som invaderar de homologa kromosomerna, bildar broar mellan axlarna och resulterar i parning/samordning av homologerna (till ett avstånd av ~400 nm hos möss).
ZygotenEdit
Leptoten följs av zygotenstadiet, även kallat zygonema, från grekiska ord som betyder ”parade trådar”,:27 som i vissa organismer även kallas bouquetstadiet på grund av hur telomererna klumpar ihop sig i ena änden av kärnan. I detta stadium blir de homologa kromosomerna mycket närmare (~100 nm) och stabilt parade (en process som kallas synapsis), vilket förmedlas av installationen av de tvärgående och centrala elementen i synaptonemkomplexet. Synapsis tros ske på ett blixtlåsliknande sätt med utgångspunkt från en rekombinationsknodd. De parade kromosomerna kallas bivalenta kromosomer eller tetradkromosomer.
PachyteneEdit
Pachytene-stadiet (/ˈpækɪtiːn/ PAK-i-teen), även kallat pachynema, från grekiska ord som betyder ”tjocka trådar”. 27 är det stadie då alla autosomala kromosomer har synapsat. I detta skede fullbordas homolog rekombination, inklusive kromosomala korsningar (crossing over), genom reparation av de dubbelsträngsbrott som bildats i leptoten. De flesta brott repareras utan att det bildas korsningar, vilket resulterar i genomvandling. En undergrupp av brytningar (minst en per kromosom) bildar dock korsningar mellan icke-systerkromosomer (homologa kromosomer), vilket leder till utbyte av genetisk information. Könskromosomerna är dock inte helt identiska och utbyter endast information över ett litet homologiskt område som kallas den pseudoautosomala regionen. Utbytet av information mellan de homologa kromatiderna resulterar i en rekombination av information; varje kromosom har den fullständiga uppsättning information som den hade tidigare, och det finns inga luckor som bildas som ett resultat av processen. Eftersom kromosomerna inte kan särskiljas i det synaptonemiska komplexet kan själva korsningsakten inte uppfattas genom ett vanligt ljusmikroskop, och chiasmata är inte synliga förrän i nästa stadium.
DiplotenEdit
Under det diploteniska stadiet, även kallat diplonema, från grekiska ord som betyder ”två trådar”:30 demonteras det synaptonemiska komplexet och de homologa kromosomerna separeras en aning från varandra. De homologa kromosomerna i varje bivalent kromosom förblir dock tätt bundna vid chiasmata, de områden där crossing-over inträffade. Chiasmata stannar kvar på kromosomerna tills de bryts vid övergången till anafas I för att låta homologa kromosomer förflytta sig till cellens motsatta poler.
I mänsklig fetal oogenes utvecklas alla oocyter som utvecklas till detta stadium och stoppas i profas I före födseln. Detta suspenderade tillstånd kallas dictyotenstadiet eller dictyat. Det varar tills meiosen återupptas för att förbereda oocyten för ägglossning, vilket sker i puberteten eller ännu senare.
DiakinesisEdit
Chromosomerna kondenseras ytterligare under diakinesestadiet, från grekiska ord som betyder ”rör sig igenom”.30 Detta är den första punkten i meiosen där de fyra delarna av tetraderna faktiskt är synliga. Platser för korsning sammanflätas och överlappar i praktiken varandra, vilket gör chiasmata tydligt synliga. Bortsett från denna observation påminner resten av stadiet mycket om mitosens prometafas; nukleolerna försvinner, kärnmembranet upplöses till vesiklar och den meiotiska spindeln börjar bildas.
Bildning av den meiotiska spindelnRedigera
Till skillnad från mitotiska celler har människans och musens oocyter inte centrosomer för att producera den meiotiska spindeln. Hos möss bildar cirka 80 MicroTubule Organizing Centers (MTOCs) en sfär i ooplasman och börjar bilda kärnor av mikrotubuli som sträcker sig ut mot kromosomerna och fäster vid kromosomerna vid kinetokoren. Med tiden smälter MTOC:erna samman tills två poler har bildats, vilket ger upphov till en tunnformad spindel. I mänskliga oocyter börjar spindelns mikrotubuli-nukleering på kromosomerna och bildar en aster som så småningom expanderar för att omge kromosomerna. Kromosomerna glider sedan längs mikrotubulerna mot spindelns ekvator, varvid kromosomkinetokorerna bildar end-on fästen till mikrotubulerna.
Metafas IEdit
Homologiska par rör sig tillsammans längs metafasplattan: När kinetokore-mikrotubuli från båda spindelpolerna fäster vid sina respektive kinetokorer, anpassar sig de parade homologa kromosomerna längs ett ekvatoriellt plan som halverar spindeln, på grund av kontinuerligt balanserande krafter som utövas på bivalenterna av de mikrotubuli som utgår från de homologa kromosomernas två kinetokorer. Denna fästning kallas bipolär fästning. Den fysiska grunden för kromosomernas oberoende sortering är den slumpmässiga orienteringen av varje bivalent längs metafasplattan, med avseende på orienteringen av de andra bivalenterna längs samma ekvatoriella linje. Proteinkomplexet kohesin håller ihop systerkromatiderna från det att de replikeras fram till anafasen. I mitos skapar kraften från kinetokore-mikrotubuli som drar i motsatta riktningar spänningar. Cellen känner av denna spänning och går inte vidare med anafasen förrän alla kromosomer är korrekt bi-orienterade. I meiosen krävs för att skapa spänningen vanligtvis minst en crossover per kromosompar utöver kohesin mellan systerkromatiderna (se Kromosomsegregation).
Anafas IEdit
Kinetokore-mikrotubuli förkortas och drar homologa kromosomer (som var och en består av ett par systerkromatider) till motsatta poler. Mikrotubuli som inte är kinetokore förlängs och skjuter centrosomerna längre ifrån varandra. Cellen förlängs som förberedelse för delning nedåt i centrum. Till skillnad från vid mitos bryts endast kohesinet från kromosomarmarna ned, medan kohesinet som omger centromeren förblir skyddat av ett protein som heter Shugoshin (japanska för ”skyddsand”), vilket hindrar systerkromatiderna från att separera. Detta gör att systerkromatiderna kan förbli tillsammans medan homologerna segregeras.
Telofas IEdit
Den första meiotiska divisionen avslutas i praktiken när kromosomerna anländer till polerna. Varje dottercell har nu hälften så många kromosomer men varje kromosom består av ett par kromatider. Mikrotubulerna som utgör spindelnätverket försvinner och ett nytt kärnmembran omger varje haploid uppsättning. Kromosomerna rullar sig tillbaka till kromatin. Cytokinesis, som innebär att cellmembranet kläms ihop i djurceller eller att cellväggen bildas i växtceller, inträffar och fullbordar skapandet av två dotterceller. Cytokinesen slutar dock inte helt och hållet, vilket resulterar i ”cytoplasmatiska broar” som gör att cytoplasman kan delas mellan dottercellerna fram till slutet av meios II. Systerkromatiderna förblir fästade under telofas I.
Cellerna kan gå in i en viloperiod som kallas interkinesi eller interfas II. Ingen DNA-replikation sker under detta skede.
Meios IIEdit
Meios II är den andra meiotiska divisionen och innebär vanligtvis ekvationell segregering, eller separation av systerkromatiderna. Mekaniskt sett liknar processen mitos, även om dess genetiska resultat är fundamentalt annorlunda. Slutresultatet är produktion av fyra haploida celler (n kromosomer, 23 hos människor) från de två haploida cellerna (med n kromosomer, var och en bestående av två systerkromatider) som producerades i meios I. De fyra huvudstegen i meios II är: profas II, metafas II, anafas II och telofas II.
I profas II ser vi hur nukleolerna och kärnhöljet försvinner igen, samt hur kromatiderna förkortas och förtjockas. Centromer flyttar sig till de polära regionerna och ordnar spindelfibrer för den andra meiotiska divisionen.
I metafas II innehåller centromererna två kinetokores som fäster vid spindelfibrer från centrosomerna vid motsatta poler. Den nya ekvatoriella metafasplattan roteras 90 grader jämfört med meios I, vinkelrätt mot den tidigare plattan.
Detta följs av anafas II, där det återstående centromeriska kohesinet, som inte längre skyddas av Shugoshin, klyvs, vilket gör det möjligt för systerkromatiderna att segregera. Systerkromatiderna kallas enligt konvention nu för systerkromosomer då de rör sig mot motsatta poler.
Processen avslutas med telofas II, som liknar telofas I, och kännetecknas av kromosomernas dekondensation och förlängning samt spindelns nedmontering. Kärnhöljen återbildas och klyvning eller cellplattbildning ger så småningom upphov till totalt fyra dotterceller, var och en med en haploid uppsättning kromosomer.
Meiosen är nu avslutad och slutar med fyra nya dotterceller.