細胞分裂の紹介
細胞分裂は、生きている細胞が1つの細胞から2つの細胞に増殖する過程です。 分裂前の細胞を母細胞、分裂後にできた新しい細胞を娘細胞と呼ぶ。 一般に、核分裂と細胞質分裂の2つの段階を含む。 分裂の際、母細胞は娘細胞へ遺伝物質を受け渡す。 単細胞生物では、細胞分裂は個体の再生産である。 多細胞生物では、細胞分裂は個体の成長、発達、生殖の基礎となる。 原核細胞の分裂についてはほとんど知られておらず、少数のバクテリアの分裂について具体的に理解されているに過ぎない。 原核細胞には、核膜も核小体もない。 円形のDNA分子だけが核領域を構成し、核のような機能を持つ仮核とも呼ばれる。 擬似核の核分子は、細胞膜に付着しているか、細胞膜が侵入して形成された細胞膜に連結している。 形質膜は間体とも呼ばれる。 また、複製されたDNAは、2つにコピーされた。 その後、その間にある細胞膜の成長により、2つの間体は徐々に離れ、そこにつながっていた2つのDNA分子はその後引き離され、それぞれのDNAループは間体とつながっている。 引き離された2つのDNAループの間の中央に細胞膜が成長し、膜が形成され、最終的に1つの細胞が2つの細胞に分かれる。 真核細胞は、核分裂の状態によって、有糸分裂、減数分裂、アミトーシスに分けられる。 有糸分裂は、真核生物の細胞分裂の基本形である。 減数分裂は、染色体を生殖細胞に分割する過程である。
異なる種類の細胞分裂の過程と細胞分裂の調節
以下は、一般的な分裂方法について簡単に紹介したものである。 染色体が規則正しく分布していないため、遺伝物質が均一に分配されないという問題があります。 異常な分割方法である。 アミトーシスは、最も古い細胞分裂の方法である。 アミトーシスでは、核小体や核膜は消滅せず、染色体も出現せず、細胞質には紡錘体も形成されない。 もちろん、染色体の複製や娘細胞への分配の過程さえも見られない。 しかし、細胞はアミトーシスを起こし、染色体も複製され、細胞は肥大化する。 核の体積が2倍になると、細胞は分裂する。 核内の遺伝物質のDNAがどのように娘細胞に分配されるのかについては、さらなる研究が必要である。 アミトーシスは最もシンプルな分裂の方法です。 かつてアミトーシスは、下等生物や高等生物の老化した細胞や病気の細胞に主に見られると考えられていたが、その後、動物や植物の正常な組織にも多く見られることが分かってきた。 アミトーシスは、動物では上皮緩結合組織、筋肉組織、肝臓組織、植物では柔細胞表皮成長点、胚乳細胞で観察されている。 無性分裂も一般的な分裂形態で、この種の生殖は単細胞生物ではよく見られるが、単細胞生物によって、生殖時の核の分裂の仕方は異なり、以下の方法に分類できる：アミトーシスは直接分裂とも呼ばれ、細胞分裂の最も単純な方法の1つである。 分裂の全過程において、紡錘体や染色体に変化が生じない。 このタイプの分裂は、バクテリアやシアノバクテリアなどの原核生物の分裂・生殖において最も一般的である。 原核細胞の分裂には、細胞DNAの分配により、分裂した娘細胞が親細胞から遺伝物質の完全なセットを得ることができるようにすることと、細胞を2等分にする細胞質分裂の2つの側面があります。 複製された2つのDNA分子は、細胞膜に接続されている。 細胞が成長するにつれて、2つのDNA分子は引き離される。 細胞が分裂すると、細胞壁と細胞膜がひだ状になり、最終的に母細胞は2つの等しい娘細胞に分割される。 有糸分裂のプロセスはアミトーシスよりもはるかに複雑で、多細胞生物の細胞分裂の主な方法である。 上部では、核膜が途中で内側に縮み、凹んだ溝を形成している。 溝の中の細胞質は、微小管によって同じ方向に配列された紡錘形の構造のように見え、核膜と染色体を整え、娘核に分離し、最後に2つに分かれる。 アイワーム陣営が生殖分裂するとき、核は有糸分裂を起こす。 分裂の過程で、核膜は消失せず、核の真ん中で2つの娘核に収縮する。 元の1つは鞭毛、もう1つは新しい鞭毛が生え、2つの眼虫を形成する。 アメーバがある程度の大きさになると、分裂・生殖が行われる。 核の中央部が収縮すると、染色体が娘核に分配され、さらに細胞質も2つに分かれて、2つの子孫の個体に分かれる。 核アミトーシスと核分裂という無性分裂・生殖の最も代表的なものは、原生生物であるゾウリムシ属の繊毛虫である。 細胞内の核には、大核と小核の2種類がある。 小核は生殖核で、大核は栄養核である。 ゾウリムシが無性に増殖するとき、小核は核分裂を起こし、大核はフィラメントレス分裂を起こし、途中から新しい2つの個体に分かれる。 有糸分裂は間接分裂とも呼ばれ、最も一般的な分裂方法の一つである。 有糸分裂は連続した分裂で、一般に核分裂と細胞質分裂に分けられる。 有糸分裂の過程には核分裂（長い時間）があり、核分裂は連続的な過程である。 物語の都合上、核分裂は人為的に前、中、後、終わりの4つの時期に分けられる。 核分裂の各段階の特徴は以下の通りである（植物細胞を例にとって）。 中間期：G1、S、G2に分けられ、主にDNA複製と関連するタンパク質合成を行い、核膜の核小体は徐々に消失する。 初期：核内のクロマチンが凝縮して染色体となり、核小体の崩壊が完全に消失し、核膜が破裂して紡錘体が形成され始める。 中期。 中期は、染色体が赤道板上に配列し、紡錘体が完全に形成される時期である。 後期。 後期は、各染色体の2つの染色体が分離し、紡錘体の牽引により赤道から細胞の両極に移動する時期である。 最終段階：2つの亜核の形成と細胞質分裂の時期。 染色体の分解、核膜の出現、赤道板の位置が細胞板を形成し、今後新しい細胞壁が形成される。 赤道板上に蓄積された紡錘糸を膜形成体と呼ぶ。 動物細胞も植物細胞と同様であるが、動物細胞は中心体が星条旗を発して紡錘体を形成し、植物細胞は2段階から直接紡錘体を発している点が異なる。 有糸分裂の終わりには、動物細胞の細胞膜は内側に凹み、2つの娘細胞を形成する。 植物細胞は赤道板で細胞板を形成し（仮想想像）、細胞を2つの娘細胞に分割する。 細胞質分裂（短時間）。 核分裂の後期、染色体が極に近づくと細胞質分裂が始まる。 2つの娘核の間の連続したフィラメントに数本の短い紡錘体が加わり、フィルムフォーマーと呼ばれる紡錘体が密集した樽状の領域が形成される。 微小管の数が増え、フィルムフォーマー内にはゴルジ装置や小胞体からの小胞（多糖類を含む）があり、微小管の方向に沿って多核物質が集まり、融合、放出されて細胞板が形成される。 中央部から周辺部にかけて、母細胞壁に接続されるまで、一次壁の細胞間層となり、小胞のカプセルによって新しい細胞膜が形成される。 新しい細胞壁の形成後、新たに形成された2つの核とそれを取り囲む細胞質は、2つの娘細胞に分離される。 有糸分裂は、細胞分裂によって各母細胞を実質的に同一の2つの娘細胞に分割することができる。 娘細胞の数、形、大きさは同じである。 各染色体に含まれる遺伝情報は、基本的に母細胞のものと同じであるため、娘細胞は母細胞からほぼ同じ遺伝情報を獲得することになる。 本種は比較的安定した核型と遺伝的安定性を維持している。 有性生殖では、両性生殖細胞が結合して接合子を形成し、それが新しい個体に成長することが必要である。 生殖細胞の染色体数は体細胞のそれの半分である。 生殖細胞、精子細胞、卵細胞を形成する際に染色体の数が半分になるので、元の細胞は減数分裂をしなければならない。
細胞分裂の機能 細胞分裂は、細胞増殖のほかに、特定の細胞を形成することもできる。 精巣では、多くの始原生殖細胞、すなわち精原細胞が分裂によって作られる。 有糸分裂の特徴から、精原細胞の染色体数は体細胞の染色体数と同じであることが知られています。 精原細胞の段階では、染色体の複製が行われた。 雄の動物が性的に成熟すると、精巣内の精原細胞の一部が減数分裂を開始する。 減数分裂後、精子細胞が形成され、精子細胞は変性して雄の生殖細胞である精子を形成する。 卵細胞は卵巣で形成され、その過程は基本的に精子の形成過程と同じであるが、相違点もある。 卵細胞は、染色体数も卵細胞に比べて半分に減少している。 形は大きく球形で泳ぐことができない。卵黄を多く含み、栄養分が豊富で、受精後の新しい個体の発生を確実にする。
Reference
- Le B S, Le B R. Epithelial Cell Division – Multimlying without losing touch. ジャーナル・オブ・セル・サイエンス。 2014, 127(24):5127-37.
- Heyman J, Cools T, Vandenbussche F, et al. ERF115 Controls Root Quiescent Center Cell Division and Stem Cell Replenishment(ERF115は、根の静止中心細胞分裂と幹細胞の補充を制御する)。 Science. 2013, 342(6160):860-863.
- 深川哲也. 細胞分裂: 細胞分裂：中心紡錘体形成におけるキネトコアの新たな役割. カレントバイオロジー. 2015, 25(13)R554-R557.
- Coelho M, Tolić I M. Asymmetric damage segregation at cell division via protein aggregate fusion and attachment to organelles.細胞分裂におけるタンパク質凝集体の融合とオルガネラへの付着による非対称損傷分離。 Bioessays. 2015, 37(7):740-747.