Meiose

Überblick

• Meiose: ein Zellteilungsprozess von sich sexuell fortpflanzenden Arten, bei dem Gameten mit haploidem Chromosomensatz entstehen
• In den Ovarien Ovarien Ovarien und Hoden Hoden Hoden
• Vor der Meiose durchläuft die Zelle einen Wachstums- und DNA-Replikationszyklus, der als Interphase bezeichnet wird.
• DNA-Replikationszyklus (Interphase), gefolgt von zwei Teilungsvorgängen
• Die Meiose I und Meiose II sind jeweils unterteilt in fünf Phasen:
  • Prophase
  • Metaphase
  • Anaphase
  • Telophase
  • Zytokinese
• Die resultierenden Tochterzellen haben halb so viele Chromosomen wie die Mutterzellen.
• Nomenklatur: n = Anzahl der homologen Chromosomen, c = Anzahl der Chromatiden

Meiose I (Reduktionsteilung)

Nach der DNA-Replikation entstehen in der Meiose I durch Trennung homologer Chromosomen zwei Tochterzellen mit haploidem Chromosomensatz (1n). Jedes Chromosom Chromosom Grundbegriffe der Genetik besitzt zwei identische Schwesterchromatiden (2c).

• Prophase I: längste Meiosephase
  • Beginn der Kondensation der Chromosomen
  • Homologe Chromosomenpaarung und Ausbildung der sogenannten Synapsis
  • Crossing over: Überlappung der Chromosomen an den sichtbaren Chiasmata (Kreuzungspunkte) und Austausch homologer Chromosomenfragmente (homolge Rekombination)
  • Trennung der homologen Chromosomen und vollständige Kondensation
• Metaphase I
  • Auflösung der Kernhülle
  • Anordnung der Chromosomen in der Äquatorialebene und Anheftung der Spindelfasern
  • Spindelfasern stabilisieren die Chromosomenpaare in der Mitte der Zelle.
  • Cohesine halten Schwesterchromatiden von der Replikation bis zur Anaphase zusammen.
• Anaphase I
  • Verkürzung der Spindelfasern
  • Trennung der Chromosomenpaare
  • Ovale Zellform als Vorbereitung auf die Zellteilung
• Telophase I und Zytokinese
  • Abbau der Spindelfasern
  • Dekondensation der Chromosomen und Neubildung der Kernhülle
  • Zytokinese: Teilung der Zelle in zwei haploide Tochterzellen mit je einem Chromosomensatz aus Zwei-Chromatid-Chromosomen

Meiose II (Äquationsteilung)

Die Meiose II ist eine Form der Kernteilung, bei der die Schwesterchromosomen der Mutterzelle getrennt und auf zwei Tochterzellen verteilt werden.

• Meiose II: ähnlicher Ablauf wie bei der Meiose I, jedoch ohne vorangegangene Interphase (DNA-Replikation)
• Stadien der Meiose II:
  • Prophase II
    • Auflösung der Kernhülle
    • Bildung des Spindelapparats und Kondensation der Chromosomen
  • Metaphase II
    • Spindelfasern stabilisieren die Chromosomen in der Äquationsebene.
    • Ovale Zellform
  • Anaphase II
    • Verkürzung der Spindelfasern
    • Trennung der Schwesterchromatiden
  • Telophase II
    • Dekondensation der Chromosomen
    • Abbau der Spindelfasern
    • Zytokinese: Teilung der Zelle in zwei haploide Tochterzellen mit je einem Chromosomensatz aus Ein-Chromatid-Chromosomen

Meiose beim Menschen

Der menschliche Karyotyp enthält normalerweise 23 Chromosomenpaare.

• 22 Autosomenpaare
• 1 Gonosomenpaar ( Geschlechtschromosomen Geschlechtschromosomen Grundbegriffe der Genetik)
• 23 Chromosomen von jedem Elternteil
• Insgesamt 46 Chromosomen

Die Meiose ist der Prozess der Bildung haploider Zellen (Gameten).

• Bildung von haploiden Spermatozyten und Oozyten (Gameten)
• Sexuelle Fortpflanzung:
  • Zwei haploide Zellen fusionieren zu einer diploiden Zelle.
• Eine haploid Zelle stammt von der Mutter, eine vom Vater.
• Spermatozyten werden während der Spermatogenese produziert.
• Oozyten werden während der Oogenese produziert.

Spermatogenese

• In den Samenkanälchen (Tubuli seminiferi) der Hoden Hoden Hoden
• Spermatogonienstadium (Vermehrung)
  • Proliferation
  • Spermatogonien = Vorläuferzellen der Spermatozyten (Stammzellen)
  • Spermatogonien Typ A entstehen aus der Urkeimzelle und teilen sich, um die Stammzellpopulation zu erhalten.
  • Einige der Typ-A-Spermatogonien befinden sich im Ruhestadium, andere vermehren sich und differenzieren.
  • Umwandlung von Spermatogonien Typ A in Spermatogonien Typ B durch mitotische Teilungen
  • Übergang von Spermatogonien Typ B in das Präleptotänstadium. Es handelt sich um primäre Spermatozyten.
• Meiose (Reifung)
  • Primäre Spermatozyten durchlaufen zwei meiotische Teilungen.
  • In der ersten meiotischen Teilung entstehen sekundäre Spermatozyten.
  • In der zweiten meiotischen Teilung entstehen haploide Spermatiden.
• Spermiogenese (Differenzierung)
  • Übergang von Spermatiden in das Spermatogenesestadium
  • Bildung von Spermatozoen durch nukleäre und zytoplasmatische Modifikationen:
    • Bildung des Akrosoms (ein modifiziertes Lysosom)
    • Kondensation des Zellkerns und Verlagerung in die Peripherie der Zelle
    • Bildung von Mikrotubuli, die Flagellen produzieren
    • Entfernung von überschüssigem Zytoplasma
    • Sertoli-Zellen phagozytieren ausgestoßene Keimzellreste.
  • Lagerung der Spermatozoen zur Reifung, bevor sie in die Nebenhoden freigesetzt werden

Oogenese

• Geburt bis zur Pubertät Pubertät Pubertät
  • Oogonien (Vorläuferzellen der Oozyten) entstehen aus Keimzellen und durchlaufen pränatal eine mitotische Proliferationsphase.
  • Übergang in die Meiose I → Arretierung der Prophase I im Diktyotän (primäre Oozyte)
• Nach der Pubertät Pubertät Pubertät
  • Abschluss der Meiose I und Bildung der sekundärer Oozyten unter Abschnürung des 1. Polkörperchens
  • Eintritt der sekundären Oozyten in die Meiose II → Ovulation
  • Arretierung in der Metaphase II bis zur Befruchtung
• Befruchtung
  • Verschmelzung einer sekundären Eizelle und eines Spermiums
  • Abschluss der Meiose II, wenn das Spermium vollständig in die sekundäre Eizelle eindringt
  • Bildung eines 2. Polkörperchens und einer reifen Eizelle
  • Verschmelzung der beiden Zellkerne zu einer diploiden Zygote

Meiose vs. Mitose

• Hauptunterschiede zwischen Mitose und Meisoe sind die Anzahl der Teilungsschritte sowie die Chromosomenzahl der entstehenden Tochterzellen.
• Die Mitose beinhaltet eine einzelne Teilung, bei der zwei identische Tochterzellen entstehen.
• Die Meiose beinhaltet zwei Reifeteilungen, bei denen vier Tochterzellen entstehen, die sich sowohl untereinander als auch von den Elternzellen genetisch unterscheiden.
• Während der Meiose kommt es zu einer Reduktion des Chromosomensatzes, sodass haploide Gameten entstehen. Bei der Mitose entstehen Tochterzellen mit gleicher Chromosomezahl wie die Mutterzelle.
• Die Mitose tritt in somatischen Zellen sowie während der frühen Zellteilung bei der Gametenbildung auf. Die Meiose ist der letzte Teilungsprozess der Gametenreifung.

Klinische Relevanz

• Down-Syndrom Down-Syndrom Down-Syndrom (Trisomie 21) ( Trisomie Trisomie Arten von Mutationen 21): die häufigste Chromosomenaberration und die häufigste genetische Ursache für Entwicklungsverzögerungen. Das Down-Syndrom Down-Syndrom Down-Syndrom (Trisomie 21) resultiert aus einer Störung der Meiose. Charakteristische Merkmale sind nach oben geneigte, mandelförmige Augen mit einer Hautfalte an den inneren Augenwinkeln, ein breiter, abgeflachter Nasenrücken, kleine, abgerundete Ohren und ein kleiner Mund mit großer Zunge Zunge Mundhöhle: Lippen und Zunge.
• Pätau-Syndrom Pätau-Syndrom Pätau-Syndrom (Trisomie 13) ( Trisomie Trisomie Arten von Mutationen 13): ein genetisches Syndrom, das durch das Vorhandensein eines zusätzlichen Chromosoms 13 verursacht wird. Charakteristisch sind kraniofaziale und kardiale Fehlbildungen, eine schwere geistige Behinderung und eine stark reduzierte Lebenserwartung. Die meisten Säuglinge versterben innerhalb der ersten drei Monate.
• Edwards-Syndrom Edwards-Syndrom Edwards-Syndrom (Trisomie 18) ( Trisomie Trisomie Arten von Mutationen 18): ein genetisches Syndrom, das durch das Vorhandensein eines zusätzlichen Chromosoms 18 verursacht wird. Dabei kann es sich um drei vollständigen Kopien oder ein zusätzliches Segment von Chromosom Chromosom Grundbegriffe der Genetik 18 handeln. Zu den Anomalien gehören intrauterine Wachstumsverzögerung, übergeschlagene Finger, typische kraniofaziale Merkmale, angeborene Plattfüße und Herzfehler.
• Klinefelter-Syndrom: eine chromosomale Aneuploidie, die durch das Vorhandensein von einem oder mehreren zusätzlichen X-Chromosomen in einem männlichen Karyotypen gekennzeichnet ist und am häufigsten zum Karyotyp 47,XXY führt. Das Klinefelter-Syndrom ist mit einem verringerten Testosteronspiegel verbunden und die häufigste Ursache für angeborenen Hypogonadismus Hypogonadismus Hypogonadismus. Betroffene Personen sind häufig große, phänotypische Männer mit kleinen Hoden Hoden Hoden, verminderter Körperbehaarung und Gynäkomastie Gynäkomastie Gynäkomastie, die unter Infertilität leiden.
• Turner-Syndrom Turner-Syndrom Turner-Syndrom: eine genetische Erkrankung, bei der Frauen ein X-Chromosom teilweise oder vollständig fehlt. Daraus resultiert meist der Karyotyp 45,X0 mit weiblichem Phänotyp. Das charakteristische Erscheinungsbild ist das einer weiblichen Person mit kleiner Statur, flügelförmigen Halsfalten (Pterygium colli), einer breiten Brust mit weit auseinander stehenden Brustwarzen, tiefem Haaransatz am Nacken und peripheren Ödemen an Hand- und Fußrücken.