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核医学

核医学

Karyogamyは、二つの一倍体真核細胞を一緒に融合するプロセスの最終ステップであり、そして2つの核の融合に特異的に指します。核移植の前に、各半数体細胞には生物のゲノムの完全なコピーが1つあります。核移植が起こるためには、各細胞の細胞膜と細胞質は、形質細胞質として知られる過程で互いに融合しなければなりません。結合した細胞膜の中に入ると、核は前核と呼ばれます。細胞膜、細胞質、前核が融合すると、得られる単一細胞は二倍体となり、ゲノムのコピーが2つ含まれます。接合体または接合子と呼ばれるこの二倍体細胞は、その後減数分裂(染色体の複製、組換え、分裂の過程で4つの新しい半数体細胞を生成する)に入るか、有糸分裂によって分裂し続けることができます。哺乳類の受精では、同等のプロセスを使用して、半数体の精子と卵細胞(配偶子)を組み合わせて、二倍体の受精卵を作成します。

長期karyogamyは「ナット」とγάμοςgamos、「結婚」を意味を意味する(κάρυονkaryonから)ギリシャkaryo-から来ています。

一倍体生物の重要性

真菌、酵母、藻類などの半数体生物は複雑な細胞周期を持ち、有性生殖または無性生殖の選択は流動的であり、多くの場合環境に影響されます。一部の生物は、通常の半数体状態に加えて、短時間で二倍体として存在する可能性があり、遺伝子組換えが発生します。核移植は生殖のモードのいずれかで発生する可能性があります:性周期中または体細胞(非生殖)細胞。

したがって、核融合は、減数分裂中に再結合できる異なる遺伝物質の2つのセットをまとめる重要なステップです。性周期に欠ける半数体生物では、核移植は体細胞二倍体細胞を形成する過程での遺伝的変異の重要な原因にもなり得ます。体細胞二倍体の形成は、有性生殖サイクル中の配偶子形成のプロセスを回避し、代わりに、真菌などのすでに発達した生物の体細胞内に変動を作成します。

有性生殖における役割

有性生殖における核移植の役割は、 クラミドモナス属の藻類や酵母サッカロミセスセレビシエなどの単細胞の半数体生物によって最も簡単に実証できます。そのような生物は、通常、細胞ごとに1セットの染色体のみを含む半数体状態で存在します。しかし、メカニズムはすべての半数体真核生物の間でほぼ同じままです。

クラミドモナスの場合の窒素飢asなどの環境ストレスにさらされると、細胞は配偶子を形成するように誘導されます。多細胞真菌の配偶子形成は、通常減数分裂によってそのようなプロセスに特化した器官である配偶体で発生します。反対の交配タイプが出会うと、それらは栄養サイクルを去り、交配サイクルに入るように誘導されます。酵母には、aとαの2つの交配タイプがあります。菌類では、種に応じて2、4、または最大10,000の交配タイプがあります。最も単純な真核生物の配偶者認識は、フェロモンシグナル伝達によって達成されます。フェロモンシグナル伝達は、シュムー形成(細胞の投射)を誘発し、微小管の組織化と移動のプロセスを開始します。交配型の認識に使用されるフェロモンはしばしばペプチドですが、時にはトリスポリン酸または他の分子が反対側の細胞の細胞受容体によって認識されます。とりわけ、フェロモンシグナル伝達は、キノコなどの高等真菌には存在しません。

これらの半数体細胞の細胞膜と細胞質は、プラスモガミーとして知られるプロセスで融合します。これにより、前核と呼ばれる2つの核を持つ単一のセルが作成されます。前核は、核医学として知られているよく調整されたプロセスで融合します。これにより、接合体または接合子として知られる二倍体細胞が作成され、減数分裂、染色体の複製、組換え、および細胞分裂の過程に入り、4つの新しい半数体配偶子細胞が作成されます。有性生殖の考えられる利点の1つは、遺伝的多様性が高まり、自然naturalによる適応の機会が得られることです。別の利点は、減数分裂中のDNA損傷の効率的な組換え修復です。したがって、核分裂は、減数分裂における組換えを確実にするために、さまざまな遺伝物質をまとめる重要なステップです。

アメーボゾアは、主に単核細胞種の大きなグループであり、最近、核移植と減数分裂のための機構を持つことが決定されました。アメーバは真核生物の家系図から早期に分岐したため、この発見は、核進化と減数分裂が真核生物の進化の初期に存在したことを示唆しています。

細胞メカニズム

前核移行

核は灰色です。スピンドルポールボディ(SPB)は黒丸です。微小管(MT)は黒いバーです。アクチンフィラメントは灰色のケーブルです。アクチンパッチは小さな灰色の円です。 (A)シュムーチップへの核の方向。 (B)shmooチップへのMTアタッチメント。 (C)細胞間融合の前に、MTはシュムーチップで維持されます。 (D)核会議のためのスライド式架橋モデル。反対方向のMTは重なっており、長さに沿って架橋されていますが、解重合はスピンドルポールで誘導されます。 (E)核議会のプラスエンドモデル。 MTプラス末端は架橋し、解重合を誘発して、反対側の核を引き寄せます。

核移植の最終目標は、2つの半数体核の融合です。このプロセスの最初のステップは、2つの前核が互いに向かって移動することです。これは、形質結合の直後に発生します。各前核には、核エンベロープに埋め込まれた紡錘極体があり、微小管の付着点として機能します。細胞骨格の重要な繊維状成分である微小管は、紡錘体本体に現れる。紡錘極体への付着点はマイナス端を示し、プラス端は細胞質内に伸びています。プラスエンドは有糸分裂で通常の役割を果たしますが、核会議中にプラスエンドはリダイレクトされます。微小管と末端は反対側の前核に付着し、2つの前核が互いに向かって引っ張られます。

微小管の動きは、酵母のKar3などのキネシンとして知られるモータータンパク質のファミリーによって媒介されます。酵母のSpc72などのアクセサリータンパク質は、モータータンパク質、スピンドルポールボディ、および微小管をハーフブリッジとして知られる構造で接続する接着剤として機能します。酵母のKar9やBim1などの他のタンパク質は、微小管のプラス端に付着します。それらはフェロモン信号によって活性化され、シュムーチップに付着します。シュムーは、形質細胞質における最初の細胞融合の部位である細胞膜の投影です。形質転換後、微小管プラス端は反対側の前核に向かって成長し続けます。微小管の成長しているプラ​​ス端は、反対の前核のモータータンパク質に直接付着し、ハーフブリッジでタンパク質の再編成を引き起こすと考えられています。移行に必要な力は、この相互作用に応じて直接発生します。

核議会の2つのモデルが提案されています:スライディングクロスブリッジとプラスエンドモデル。スライディングクロスブリッジモデルでは、微小管は2つの前核間の距離全体で互いに逆平行に走り、相互に架橋を形成し、それぞれプラス端で反対側の核に付着します。これは好まれるモデルです。代替モデルでは、プラス端が2つの前核の中間で互いに接触し、わずかに重なり合うだけであることが提案されています。どちらのモデルでも、微小管の短縮はプラス端で起こり、キネシン様タンパク質のファミリーのメンバーであるKar3p(酵母内)が必要であると考えられています。

細胞骨格内の微小管組織は、核移植中の適切な核会議に不可欠であることが示されています。微小管組織の欠陥は、核移植の完全な失敗を引き起こすが、酵母における減数分裂および胞子産生を完全に中断しない。失敗は、機能的な微小管なしでは核沈下のプロセスが起こらないために起こります。したがって、前核は互いに融合するほど接近しておらず、それらの遺伝物質は分離されたままです。

前核融合(核融合)

piの核膜の融合は、3つのステップで行われます:外膜の融合、内膜の融合、および紡錘極体の融合。酵母では、核膜の融合にタンパク質のKarファミリーのいくつかのメンバーとプロタミンが必要です。プロタミンPrm3は各核膜の外表面にあり、外膜の融合に必要です。正確なメカニズムは不明です。キネシン様タンパク質であるKar5は、橋の拡大として知られる現象で外膜と内膜の間の距離を拡大するために必要です。 Kar8とKar2は、内膜の融合に必要であると考えられています。上記のように、前核遊走中のアクセサリーおよびモータータンパク質の再編成は、効率的な核会議のためにスピンドル極体を正しい方向に向けるのにも役立ちます。紡錘極体のこの事前の方向付けがなくても、核会議はまだ行われ得るが、より遅い。最終的に、2つの前核は核質の内容を結合し、結果の周りに単一のエンベロープを形成します。

体細胞二倍体における役割

真菌は通常半数体ですが、二倍体細胞は2つのメカニズムによって発生します。 1つは、通常の細胞分裂中の有糸分裂紡錘体の障害であり、核移植に関係しません。結果として得られる細胞は、1つの半数体細胞から産生されるため、遺伝的にホモ接合になります。 2つの核の遺伝情報が異なる場合、体細胞の核移植を含む2番目のメカニズムは、ヘテロ接合性の二倍体を生成できます。体細胞二倍体の形成は一般的にまれであり、核移植片抑制遺伝子(KR)の変異のために起こると考えられています。

ただし、主に二倍体状態で存在する真菌がいくつかあります。 1つの例は、カンジダ・アルビカンス、人間を含む多くの温血動物の胃腸管に住む真菌です。通常は無害ですが、 C。albicansは病原性を示す可能性があり、免疫抑制患者では特に問題です。他のほとんどの菌類とは異なり、異なる交配型の二倍体細胞は融合して四倍体細胞を作り、その後染色体を失うことで二倍体状態に戻ります。

哺乳類の受精との類似点と相違点

人間を含む哺乳類も、受精において父と母の2つのソースからの遺伝物質を組み合わせます。このプロセスは核医学に似ています。核移植と同様に、微小管は受精において重要な役割を果たし、精子と卵子(卵母細胞)のDNAの結合に必要です。微小管を妨害するグリセオフルビンなどの薬物は、精子と卵子前核の融合を防ぎます。核医学で大きな役割を果たす遺伝子KAR2には、Bib / GRP78と呼ばれる哺乳類の類似体があります。どちらの場合も、遺伝物質を組み合わせて、元のソースよりも遺伝的多様性が高い二倍体細胞を作成します。下等真核生物が核移植で行うのと同じ方法で融合する代わりに、精子核が小胞化し、そのDNAが凝縮しなくなります。精子中心体は微小管組織化センターとして機能し、卵の核に接触するまで卵全体に広がるアスターを形成します。 2つの前核は互いに向かって移動し、融合して二倍体細胞を形成します。