Vad är Cytokinesis och hur produceras det?

Cytokinesis är processen att dela cytoplasman i en cell som resulterar i två dotterceller under celldelningsprocessen.

Det förekommer både i mitos och på myos och är vanligt i djurceller. När det gäller vissa växter och svampar sker cytokines inte, eftersom dessa organismer aldrig delar sin cytoplasma. Cykeln av cellulär reproduktion kulminerar i partitionen av cytoplasman genom cytokinesisprocessen.

I en typisk djurcell uppträder cytokinesi under mitosprocessen, men det kan finnas vissa typer av celler som osteoklaster som kan genomgå mitosprocessen utan cytokineser som äger rum (Biology-Online.org, 2017 ).

Processen av cytokines börjar under anafasen och avslutas under telofasen, som äger rum helt i det ögonblick då nästa gränssnitt börjar.

Den första synliga förändringen av cytokinesis i djurceller blir uppenbar när ett uppdelningsspår framträder på cellytan. Denna furrow blir snabbt mer uttalad och expanderar runt cellen tills delen är helt i mitten.

I djurceller och många eukaryota celler är strukturen som följer med cytokinesprocessen känd som "kontraktilring", en dynamisk uppsättning bestående av aktinfilament, myosin II-filament och många strukturella och regulatoriska proteiner. Den är installerad under cellens plasmamembran och kontrakterar för att dela upp den i två delar.

Det största problemet att en cell som går igenom cytokinesprocessen måste möta är säkerheten att denna process sker vid rätt tidpunkt och plats. Sedan kan cytokines inte ske tidigt under mitosfasen eller det kan störa den korrekta indelningen av kromosomerna.

Mitotiska ryggrad och celldelning

De mitotiska spindlarna i djurcellerna är inte ensamma ansvariga för att separera de resulterande kromosomerna, de anger också platsen för kontraktilring och därmed celldivisionsplanet.

Kontraktringen har en oföränderlig form i metafasplattans plan. När den ligger i rätt vinkel sträcker den sig utmed den mitotiska spindelns axel, så att uppdelningen sker mellan de två uppsättningarna av separerade kromosomer.

Den del av den mitotiska spindeln som anger divisionens plan kan variera beroende på typen av cell. Förhållandet mellan spindelmikrobubblorna och platsen för kontraktilringen har studerats mycket av forskare.

Dessa har manipulerat befruktade ägg av marina vertebrata djur med det syfte att observera den hastighet med vilken spåren förekommer i cellerna utan att tillväxtprocessen avbryts (Guertin, Trautmann, & McCollum, 2002).

När cytoplasman är klar kan spindeln lättare ses såväl som det ögonblick i realtid där den befinner sig i en ny position i tidigt anafasstillstånd.

Asymmetrisk division

I de flesta celler sker cytokinesi symmetriskt. I de flesta djur är till exempel kontraktilringen bildad kring ekvatorlinjen hos modercellen, så att de två resulterande dottercellerna har samma storlek och liknande egenskaper.

Denna symmetri är möjlig tack vare platsen för den mitotiska spindeln, som tenderar att fokusera på cytoplasman med hjälp av de astrala mikro tubulerna och proteinerna som drar dem från en sida till den andra.

Inom cytokinesprocessen finns det många variabler som måste fungera på ett synkront sätt så att det lyckas. När en av dessa variabler ändras kan cellerna emellertid delas asymmetriskt och producera två dotterceller av olika storlekar och med ett annorlunda cytoplasmatiskt innehåll (Utbildning, 2014).

Vanligtvis är de två dottercellerna avsedda att utvecklas annorlunda. För att detta ska vara möjligt måste modercellen segregera vissa determinantkomponenter i destinationen till ena sidan av cellen och sedan lokalisera delningsplanet så att den angivna dottercellen ärver dessa komponenter vid delningstidpunkten.

För att positionera uppdelningen asymmetriskt måste den mitotiska spindeln flyttas på ett kontrollerat sätt inom cellen som håller på att delas.

Tydligen drivs denna rörelse av spindeln genom förändringar i cellcortexens regionala zoner och av lokaliserade proteiner som hjälper till att förskjuta en av spindelpolerna med hjälp av de astrala mikrotubuli.

Kontraktring

Eftersom de astrala mikrotubulerna blir längre och mindre dynamiska i sitt fysiska svar börjar kontraktilringen bildas under plasmamembranet.

Emellertid förekommer mycket av preparatet för cytokinesi tidigare i mitosprocessen, även innan cytoplasman börjar delas.

Under gränssnittet kombinerar aktin- och myosin II-filamenten och bildar ett kortikalt nätverk, och även i vissa celler genererar de stora cytoplasmatiska strålar som kallas stressfibrer.

I den utsträckning som en cell initierar mitosprocessen avaktiveras dessa arrangemang och mycket av aktinet omplaceras och myosin II-filamenten släpps.

I den utsträckning som kromatider separeras under anafas börjar myosin II ackumuleras snabbt för att skapa kontraktilringen. Även i vissa celler är det nödvändigt att använda proteiner från familjen kinaser för att reglera sammansättningen av både den mitotiska spindeln och kontraktilringen.

När kontraktilringen är helt beväpnad innehåller den många olika proteiner till aktin och myosin II. De överlagrade matriserna av de bipolära aktin- och myosin II-filamenten alstrar den kraft som är nödvändig för att dela cytoplasmen i två delar, i en process som liknar den som utförs av glattmuskelceller (Rappaport, 1996).

Men det sätt på vilket kontraktile ringen kontrakt är fortfarande ett mysterium. Uppenbarligen fungerar den inte på grund av en sladdmekanism med aktin och myosin II-filament som rör sig ovanpå varandra, liksom skelettmusklerna.

Eftersom ringen är kontraherad, behåller den samma styvhet under hela processen. Detta innebär att antalet filament minskar i medan där ringen stängs (Alberts, et al., 2002).

Fördelning av organeller i dotterceller

Processen med mitos bör se till att varje dotterceller får samma antal kromosomer. När en eukaryot cell delar upp måste dock varje dottercell också erva en serie av väsentliga cellulära komponenter, inklusive organellerna som är inneslutna i cellmembranet.

Cellorganeller som mitokondrier och kloroplaster kan inte genereras spontant från sina enskilda komponenter, de kan bara härröra från tillväxt och uppdelning av befintliga organeller.

På liknande sätt kan celler inte skapa en ny endoplasmisk retikulum, om inte en del av den är närvarande i cellmembranet.

Vissa organeller som mitokondrier och kloroplaster är närvarande i ett stort antal inom modercellen, för att säkerställa att de två dottercellerna arv dem framgångsrikt.

Endoplasmatisk retikulum under perioden av cellulärt gränssnitt hittas kontinuerligt tillsammans med cellmembranet och organiseras av cytoskeletala mikro-tubulen (Brill, Hime, Scharer-Schuksz, & Fuller, 2000).

Efter att ha gått in i mitosfasen frigörs omorganiseringen av mikro-tubulerna den endoplasmatiska retikulen, vilken är fragmenterad i den utsträckning att kärnhylsan också bryts. Golgiapparaten är också troligen fragmenterad, men i vissa celler verkar den distribueras genom retikulumet för att senare komma fram i telofasen.

Mitos utan cytokinesis

Även om celldelning normalt följs av cytoplasmas uppdelning finns det några undantag. Vissa celler går igenom flera processer av celldelning utan att cytoplasman delas upp.

Fruktfluens embryo passerar till exempel 13 steg av kärnfält innan den cytoplasmatiska uppdelningen sker, vilket resulterar i en stor cell med upp till 6000 kärnor.

Detta arrangemang syftar främst till att påskynda den tidiga utvecklingsprocessen, eftersom cellerna inte behöver ta så lång tid att gå igenom alla de olika delarna av celldelning som är involverade i cytokinesis.

Efter det att denna snabba kärnvapendelning har ägt rum skapas cellerna kring varje kärna i en enda process av cytokines, känd som celurisering. Kontraktila ringarna bildas på ytan av cellerna och plasmamembranet sträcker sig inåt och anpassar sig för att omsluta varje kärna

Processen med mitos utan cytokines uppträder också hos vissa typer av däggdjursceller, såsom osteoklaster, trofoblaster och vissa hepatocyter och hjärtmuskelceller. Dessa celler växer till exempel på ett multinucleärt sätt, som skulle vissa svampar eller frukten flyga (Zimmerman, 2012).