Meioze ir īpašs šūnu dalīšanās veids. Atšķirībā no mitozes, kas ir parasts ķermeņa šūnu dalīšanās veids, meiozes rezultātā rodas šūnas, kurām ir tikai puse no parastā hromosomu skaita - pa vienai no katra pāra. Šā iemesla dēļ mejozi bieži dēvē par reducējošo dalīšanos. Ilgtermiņā meioze palielina ģenētisko mainību tādā veidā, kas tiks izskaidrots vēlāk.
Dzimumvairošanās notiek, kad spermatozoīds apaugļo olšūnu. Olšūna un spermatozoīds ir īpašas šūnas, ko sauc par gametām jeb dzimumšūnām. Gametas ir haploīdas; tām ir tikai puse no hromosomu skaita, kas ir parastai ķermeņa šūnai (saukta par somatisko šūnu). Apaugļošanās atjauno ķermeņa šūnu hromosomu skaitu līdz diploīdu skaitam.
Hromosomu pamatskaitli kādas sugas ķermeņa šūnās sauc par somatisko skaitu, un to apzīmē ar 2n. Cilvēkam 2n = 46: mums ir 46 hromosomas. Dzimumšūnās hromosomu skaits ir n (cilvēkam: n = 23). Tātad normālos diploīdos organismos hromosomas ir divās kopijās, pa vienai no katra vecāka (23x2=46). Vienīgais izņēmums ir dzimumhromosomas. Zīdītāju mātītēm ir divas X hromosomas, bet tēviņiem - viena X un viena Y hromosoma.
Kariotips ir eikarijotu sugai raksturīgais hromosomu skaits. Kariotipu sagatavošana un izpēte ir daļa no citogenetikas, šūnu ģenētikas.
Visas eikarionti, kas vairojas dzimumdzīves ceļā, izmanto mejozi. Tas attiecas arī uz daudziem vienšūnu organismiem. Meioze nenotiek arhejās un baktērijās, kas vairojas bezdzimuma ceļā, piemēram, ar bināro dalīšanos.
Meiozes posmi — īss pārskats
Meioze sastāv no divām secīgām dalīšanās reizēm: meioze I (reducējošā dalīšanās) un meioze II (ekvacionālā dalīšanās). Galvenais rezultāts — hromosomu pāru homologu atdalīšana pirmajā dalīšanās reizē — samazina diploīdo šūnu hromosomu skaitu uz haploīdu. Otrajā dalīšanās reizē atdalās māsīnas hromatīdas, līdzīgi kā mitozē.
- Profasē I: sarežģīts un svarīgākais posms, kas ietver homoloģo hromosomu sinapsi (pārošanos), rekombināciju jeb krustošanos (crossing over) un šādu mijiedarbību fiksāciju kā chiasmata. Profasē I iedala stadijās: leptotēna, zigotēna, pakhitēna, diplotēna un diakinēzes stadijas.
- Metafāze I: homoloģās hromosomu pāri sakārtojas uz metafāzes plāksnes; šeit notiek neatkarīgās šķirošanās (independent assortment), kas veicina ģenētisko variabilitāti.
- Anafāze I: homologās hromosomas tiek izvilktas uz pretējiem poliem — tas samazina hromosomu skaitu uz pusi.
- Telofāze I un citokineze: rezultātā rodas divas haploīdās šūnas (ar dubultām hromatīdām).
- Meioze II: līdzīga mitozei — māsīnas hromatīdas atdalās un rezultātā rodas četras haploīdās gametas (vai divas haploīdās šūnas, ja ir notikusi netipiska dalīšanās).
Krustojums (crossing over) un ģenētiskā mainība
Krustojums — rekombinācija starp homoloģajām hromosomām — rodas, kad DNS pārrāvumi un atjaunošana savieno gēnu daļas starp hromosomu nogriežņiem. To iniciē specializēti proteīni (piem., Spo11 veido dubultvienlaidus pārrāvumus), un to rezultātā katra homologā hromosoma iegūst jaunu gēnu kombināciju. Kopā ar neatkarīgo šķirošanos metafāzē, krustošanās būtiski palielina pēcnācēju ģenētisko dažādību, kas ir svarīgi evolūcijas un populāciju pielāgošanās procesiem.
Gametoģenēze — atšķirības starp dzimumiem
- Spermatogeneze: vīriešiem mejoze notiek nepārtraukti pubertātes laikā, beidzoties ar četru funkcionalu spermatozoīdu izveidi no katras sākotnējās šūnas.
- Oogeneze: sievietēm mejoze sākas embrionālajā attīstībā, bet pirmā profāzes stadija var palikt aizturēta gadiem; mejoze pabeidzas tikai apaugļošanās brīdī. Oogeneze parasti rezultējas vienā lielā olšūnā un vienā vai vairākās mazos polārķermenīšos, jo citokinezē ir nevienlīdzīga.
Mejozes kļūdas un klīniskā nozīme
Neatdalīšanās (nondisjunction) — homologu hromosomu vai māsīnu hromatīdu neveiksmīga atdalīšanās — var radīt gametas ar nepareizu hromosomu skaitu. Apaugļojuma rezultātā tas noved pie aneuploidijām, piemēram, trīskopiju 21. hromosomai (Dauna sindroms), 45,X (Tērnera sindroms) vai 47,XXY (Klinefeltera sindroms). Šādas anomālijas biežāk saistītas ar mejozes kļūdām, īpaši sievietēm ar vecāku vecumu, saistītu ar oocītu ilgstošu profāzes aizturi.
Šūnu mehānika un regulācija
Meiozi kontrolē virkne proteīnu un šūnu cikla kontrolpunktu: piemēram, kohezīni (kohezīnu komplekss) tur sister chromatids kopā līdz atbilstošajam brīdim, bet proteāzes (piem., separāze) atbrīvo šo saikni. Ir arī specifiski kontrolpunkti, kas pārbauda sinapsi un rekombināciju, kā arī spindļa izvietojumu — ja rodas kļūda, šūna var apturēt procesu vai uzsākt apoptotisku ceļu.
Secinājums
Meioze ir būtisks un sarežģīts process, kas nodrošina dzimumvairošanos, uztur sugu hromosomu skaitu un rada ģenētisko daudzveidību. Izpratne par mejozes mehānismiem ir svarīga gan pamata bioloģijas, gan medicīnas jomā (piem., ģenētiskā diagnostika, neauglības izpēte un hromosomu slimību izpratne).
