この記事は 2 部構成シリーズの 2 番目です。 パート 1 を読んでください。
遺伝学は生物学の基本的な分野であり、遺伝情報の後の世代への受け渡し (継承) を扱います。 より広範には、遺伝学は遺伝子の研究、遺伝子が細胞内でどのように組織されるか、遺伝子がどのように制御されるか、遺伝子同士や環境とどのように相互作用するかなどの研究をカバーします。 遺伝学は、ゲノミクスの重要な要素であり、高度に学際的であり、ゲノムの構造、機能、マッピング、および自然および誘発された両方の変化を考慮する生命科学のより広範な領域です。
一連の短い記事を通じて、DNA とは何か、そして細胞内で DNA がどのように組織されるかについての基本を説明します。 細胞がどのように分裂し、遺伝情報を次世代に伝えるのか。 遺伝的変異（遺伝的および散発的）が疾患にどのような影響を与えるか。 そしてどのようにここで
細胞はどのように分裂するのでしょうか?
細胞分裂のプロセスを理解するには、いくつかの重要な用語の定義が必要です。
- 有糸分裂 – 体細胞の細胞分裂のプロセス。一連の段階により、親細胞と同じ数の染色体を持つ 2 つの娘細胞が形成されます。
- 減数分裂 – 2 段階の細胞分裂プロセス。染色体の数が体細胞の数の半分に減った配偶子が生成されます。
- 一倍体 – 単一セットの染色体。 犬の場合、これは 38 の常染色体と 1 つの性染色体 (すべてのメスでは X、またはオスでは X または Y) です。
- 二倍体 – 染色体の二重セット。 犬の場合、これは 76 の常染色体と 2 つの性染色体 (XX または XY) です。
- 体細胞 – 生殖に関与しない多細胞生物の細胞 – (例: 皮膚、骨、肺、肝臓など)
- 配偶子 – 生殖に関連する多細胞生物の細胞 (つまり、卵細胞と精子細胞)
- 受精卵 – 卵子と精子細胞の間の受精によって形成され、これらの配偶子の遺伝物質を組み合わせた細胞。
単一の細胞から家族の一員となる遊び心のある子犬に至るまで、そして犬の残りの生涯にわたって、細胞分裂のプロセスは継続的に行われ、慎重に制御されます。 細胞が分裂すると、2 つの細胞 (娘細胞) が形成され、次に分裂して 4 つの細胞が形成され、さらに分裂して 8 つの細胞が形成されます。 この指数関数的な増加により、成犬は数兆個の細胞から構成されます。 胎児の発育中、子犬の細胞は、心臓、脳、骨格、腎臓、肺、皮膚、神経、血液など、さまざまな種類の細胞を形成するように指示されます。
大人になると、細胞分裂の範囲が変化し、傷を修復し、死んだ細胞を置き換えます。 細胞がいつ分裂を開始し、いつ分裂を停止する必要があるかを知らせる非常に厳密なメカニズムがあります。 細胞の種類が異なれば、分裂速度も異なります。 たとえば、毎日何百万もの皮膚細胞が死ぬため、それらを交換する必要があるということは、皮膚細胞が定期的に分裂することを意味します。 神経細胞などの他の細胞は、それほど頻繁には分裂しません。
細胞分裂には 2 つのタイプがあります。 有糸分裂 と 減数分裂。 有糸分裂は、体細胞 (非生殖) が分裂して自らを複製するプロセスです。 減数分裂は生殖細胞 (生殖細胞、卵子、精子) に限定されており、遺伝的変異が次世代に導入されるプロセスです。 これらの交互形式の細胞分裂のプロセスの主な違いは、それぞれの娘細胞が持つ各染色体のコピー数です。 細胞分裂の開始時に、各細胞は各染色体のコピーを 2 つ持ち、二倍体と呼ばれます。 有糸分裂では、2 つの娘細胞はそれぞれ二倍体ですが、減数分裂の終わりには 4 つの娘細胞があり、それぞれが親細胞の半分の染色体数を持っています。 これらの細胞は一倍体と呼ばれます。
有糸分裂。
細胞は分裂するたびに、細胞周期 (図 1) を進めます。このプロセスは、細胞が複製するために必要な一連の明確に定義されたステップで構成されます。 多くの体細胞が毎日生成される一方で、細胞は間期にほとんどの時間を費やし、そこで細胞は分裂に必要なものをすべて集め、各娘細胞に受け継がれるのに十分な量の DNA 内容を複製します。 有糸分裂の実際のプロセス (図 2) は、各細胞が 2 つの娘細胞に分裂するために必要な一連の明確に定義されたステップです。
最初の 3 つの段階、前期、前中期、中期では、染色体は細胞核内で徐々に凝縮されていきます。 中期の終わりまでに、染色体は核の中心に広がる中期プレートと呼ばれる構造に沿ってランダムに整列します。 染色体観察の訓練を受けた科学者が細胞を評価し、予想されるこれらの要素の数と構造の変化を評価するのは中期の段階です。 これは、検出される染色体異常の数です。
細胞が後期に入ると、紡錘線維と呼ばれる特別な構造が各染色体のセントロメアに付着します。 次に、線維は各染色体の 2 つの半分 (姉妹染色分体) を引き離し、それぞれの半分を細胞核の反対側の端に運び、細胞は伸長します。 染色体は終期でも凝縮を続け、分離された染色体のセットの周囲に囲い（核膜）が形成されます。 細胞の反対側の端は引き続き押し広げられ、その後細胞は 2 つの娘細胞に分裂します。
減数分裂は、配偶子 (卵子と精子) をもたらす細胞分裂のプロセスです。 減数分裂の主な役割は、次世代に受け継がれる遺伝的変異の導入を促進する、遺伝子組換えと呼ばれるメカニズムを提供することです。 減数分裂の結果である配偶子は、体細胞の染色体 (半数体セット) の数の半分しか持っていないため、完全な補数を備えた新しい個体を生成するには、同じ種の別の配偶子と融合する必要があります。その種の遺伝物質。
減数分裂は、減数分裂 I と減数分裂 II の 2 つのサイクルにわたって発生するプロセスです (図 3)。 減数分裂に入る前に、細胞は有糸分裂とほぼ同じように動作し、DNA 内容を複製し、分裂に必要なものを集めます。 遺伝子組換えのプロセスが起こるのは減数分裂 I の間にあり、各ペアの 2 本の染色体からの DNA が情報を交換する機会が提供されます。
このプロセスにより、各染色体の長さに沿って遺伝子の新しい対立遺伝子セットが作成されます。 減数分裂 II は有糸分裂と非常によく似て進行します。 これは両方の配偶子の発生時に起こるため、精子と卵子の融合から生じる可能な組み合わせの数は膨大であり、表現型の広大な範囲を説明します。 生まれてきた子犬は、最初は互いによく似た見た目や行動をするかもしれませんが、成長し発達するにつれて、私たちは子犬間の違いに気づき、それによって子犬が独自の遺伝的実体であることを認識できるようになります。
マシュー・ブリーン博士は、ノースカロライナ州立大学獣医学部分子生物医科学部のゲノミクス教授であり、比較腫瘍学遺伝学のオスカー・J・フレッチャー特別教授です。
