1 - Histoloji - Embriyoloji Hücre Çekirdeği ve Mitoz Bölünme HÜCRE ÇEKİRDEĞİ VE MİTOZ BÖLÜNME Doç.Dr.Mehmet Fatih SÖNMEZ 2 ÖĞRENİM HEDEFLERİ • Dönem I öğrencileri bu dersin sonunda; – Hücre çekirdeğini – Çekirdek bölümlerini – Hücre yaşam siklusunu öğrenecektir. 3 NÜKLEUS (ÇEKİRDEK) • Genellikle hücrenin merkezinde bulunan, yuvarlak veya oval yapılardır. • Olgun eritrositler ve trombositler • Bazı hücrelerde loblaşma gösterir. Küre ya da silindirik şekilli hücrelerde yuvarlak, ince uzun şekilli hücrelerde iğ biçimlidir. 4 5 Sayısı genellikle tek olmakla beraber hepatosit, kalp kası hücresi gibi bazı hücrelerde iki; iskelet kası, osteoklast, megakaryosit gibi bir kısım hücrelerde ise çok sayıdadır. Büyüklüğü hücresel farklılık göstererek 3-14 mikron arasında değişir. Ovum ve bazı ganglion hücrelerinde oldukça büyüktür. Genel olarak sitoplazma ve çekirdek arasında belli bir oran vardır. Nükleusun hacmi taşıdığı DNA miktarı ile ilgilidir ve hücrenin sentez aktivitesi arttığı zaman çekirdek hacmi de artar. Yapısında nükleik asit ve bazik proteinler (histonlar) bulunduğundan bazik boyalarla bazofilik (koyu mor) boyanırlar. 6 İnterfazda bulunan (bölünmeyen) bir hücrede çekirdeğin başlıca şu komponentleri vardır: 1. Çekirdek zarı (nükleolemma, karyolemma) 2. Çekirdek sıvısı (nükleoplazma, karyoplazma) 3. Kromatin 4. Çekirdekçik (nükleolus) 7 Çekirdek zarı : Sitoplazma ile çekirdek içeriğini birbirinden ayıran bir çift zardır. Sadece çekirdek bölünmesi sırasında kaybolur ve kısa zamanda ER’dan tekrar oluşur. Elektron mikroskopta iki ünit membran arasında perinükleer sisterna denilen dar bir aralık olduğu görülür. Dış membrana ribozomlar bağlanmıştır ve sentezlenen proteinler perinükleer sisternaya geçer (GER’a benzeyişine dikkat ediniz). Dış membran yer yer ER membranları ile devam eder, böylece ER veya GER sisternaları ile perinükleer aralık birleşir. 8 Dış ve iç membranlar düzgün aralıklarla kaynaşarak porus denilen 8 kenarlı delikleri oluştururlar. Özellikle hücrenin metabolik aktivitesi arttıkça porus sayısı artar. Poruslar tamamen açık değildir, çok ince bir unilaminar membran yapısındaki bir diyaframla kapatılmıştır. Bu yapı dış ve iç zarda halka şeklinde dizilmiş 8 protein yapıda granülden oluşur. Porlar sitoplazma ve çekirdek arasındaki geçişlere aracılık eder. Ortalama 70 nm çapındaki bu porlar bazen çok sayıda (3000-4000 adet) olabilir ve nükleolemmanın yüzeyinin %20-25’ini oluşturabilirler. 9 • İç ünit zara yakın kalınlığı 80-300 nm ye kadar değişen fibröz (nüklear) lamina olarak adlandırılan protein bir yapı görülür. • Bu laminanın asıl komponenti nuklear ara filamanlar olan nuklear laminler ve lamina ile ilişkili proteindir. • Diğer sitoplazmik ara filamanların aksine laminler mitoz boyunca parçalanır ve mitoz sonunda tekrar toplanırlar. • Nuklear lamina kromatin, kromatin ile ilişkili proteinler, porlar ve nuklear membran için bir iskelet oluşturur. • Ayrıca çekirdek organizasyonu, hücre siklusunun düzenlenmesi ve farklılaşmasına da katılır. • Ancak çekirdek delikçikleri bu yapı ile kapanmaz. 10 • Silindir şeklindeki merkezi iskelet NPC’nin merkezi pronu (kapılı kanal olarak görev yapar) çevreler. • Nukleoporin • Herbir NPC komleksi küçük moleküllerin taşınması için bir yada iki su-dolu kanallar içerir. • İmportin • Eksportin – karyoferin, – transportin, – Ran-bağlı proteinler 11 Nükleoplazma (karyoplazma, çekirdek sıvısı) • Çekirdek sıvısı, çekirdek içindeki yapıların (kromatin, nükleolus) arasını dolduran saydam ve yarı sıvı ya da jel tabiatındaki komponentdir. • Bazıları enzim olan proteinleri, metabolitleri ve iyonları taşır. • Büyük makromoleküllerin ve metabolitlerin diffüzyonunu sağlayan bir ortam görevi yaparlar. 12 Nükleus kromatini: Kromatin kromozomların interfazdaki görünümü olup genetik materyal olan DNA ve bazik proteinleri (histon) taşıyan iplik şekilli yapılardır. Kromatinin yaklaşık %80'ini proteinler, %20'sini ise DNA oluşturur. Ayrıca az miktarda RNA (kromozomal RNA) ve RNA-DNA sentezinde kullanılan protein yapıda enzimler bulunur. Bölünen hücrelerde DNA filamentlerinin birbiri üzerine sarılıp katlanması ile kromatin boyları kısalır ve kromozomlar görünür hale gelirler. İnterfazda kromozomları göremeyiz. DNA feulgen boyasıyla pozitif boyandığından kromatinde bu boyayla görülebilir. Ayrıca bazik boyalarla da boyanırlar 13 Koyu boyalı, metabolik aktivitesi az çekirdeklere hiperkromatik çekirdek (ör. fibrosit, lenfosit ve diğer bazı kan hücrelerinin çekirdekleri), soluk boyalı, metabolik aktivitesi yüksek çekirdeklere hipokromatik çekirdek (ör. hepatosit ve nöron çekirdekleri) denir. Hücrenin ölüme gittiği durumlarda kromatin çok yoğunlaşır, çok koyu boyanır ve çekirdek büzülmeye başlar. Böyle çekirdeklere de piknotik çekirdek denir. 14 • Işık mikroskobunda, kromatinin çekirdek içinde dağılımı hücreden hücreye çok farklılık göstermektedir. • Bazı hücrelerde kromatin dağılımı tipiktir. Örneğin, plazma hücrelerinde • İnterfaz sırasında kromatinin iki şekli görülür; • Ökromatin. • Heterokromatin. • Heterokromatin üç lokalizasyonda dağılmıştır; – marjinal kromatin; (çekirdek zarı) – karyosom; – Nukleolusla ilişkili kromatin; 15 Nükleolus (çekirdekçik): Çekirdek içinde eksantrik yerleşimli, filamentöz ve granüler bir materyalden oluşmuş, rRNA ve proteinden zengin, yuvarlak ve membransız bir yapıdır. Nükleolus ribozomal alt birimlerin yapıldığı yerlerdir. Genellikle kuvvetli bazofilik boyanırsa da bazı asit boyalarla da boyanabilmektedir. Bu değişkenlik RNA ve bazik proteinin değişen oranına bağlıdır. Çok az miktarda DNA içerdiğinden feulgen reaksiyonu vermez. 16 Her çekirdekte 1-4 arası nükleolus bulunur. Aslında bir insan hücresi 10 ayrı nükleolus oluşturma potansiyeline sahiptir, ancak genellikle bunlardan bir veya ikisi görülür. Çünkü interfaz safhasındaki hücrede nükleoluslar kaynaşmaya meyillidir. Genellikle protein sentezi fazla olan hücrede nükleolus birden fazla sayıda ve iridir. Nükleus kromatini çok yoğun hale geldiğinde (örneğin lenfositlerde) nükleoluslar çok zor görünür hale gelir. 17 • Çekirdekçiğin büyüklüğü hücrenin aktivitesini yansıtır. • Nukleostemin • Işık mikroskobu ile yuvarlak ya da yuvarlağa yakın bir şekilde olduğu görülür. • Çekirdekçik kendisini çekirdeğin diğer bölümlerinden ayıran bir zarla çevrili değildir. • Çekirdekcik, %5-10 RNA ( ribonükleik asit), geri kalan bölümleri ise protein ve az miktarda DNA'dan meydana gelir. • Sıklıkla nukleolusla ilişkili kromatin olarak isimlendirilen yoğun bir kromatin ile çevrelenmiştir. • Herbir çekirdekçik, nucleolus-organizing chromosome üzerinde lokalize spesifik nükleolus - organizing (düzenleyici) bölge de meydana getirilir. • 13, 14,15, 21 ve 22. • Nukleostemin 18 • Elektron mikroskopik incelemeler, çekirdekçiğin üç farklı kısımdan meydana geldiğini ortaya koymuştur. 1. Pars Amorfa: rRNA'nın şifrelendiği, 2. Pars Fibrosa : 5-10 nm çapındaki ribonukleoprotein fibrillerinden oluşur. 3. Pars Granulosa : 15-20 nm çapındaki ribonukleoprotein granüllerden meydana gelmişdir. • Bunlar çeşitli safhalardaki ribozomal subünitelere karşılık gelen yapılardır. Pars fibrosa ve granulosa arasında keskin bir sınır yoktur 19 • Çekirdek kromatini çok yoğun hale geldiğinde, lenfositlerde olduğu gibi çekirdekçiklerin görülmesi çok zor hale gelir. • mRNA ve tRNA kromozomlarda yapılmakla birlikte, rRNA çekirdekçikte oluşturulur. • Bunların hepsi de çekirdek delikçiklerinden sitoplazmaya geçer. • Büyük çekirdekçikler embriyonik hücrelerin proliferasyonu sırasında ve aktif olarak protein sentezleyen hücrelerde görülür. • Mitoz başladığı zaman çekirdekçik geç profaz devresinde kaybolur, ancak mitozun telofaz safhasında tekrar ortaya çıkar. 20 HÜCRE SİKLUSU Hücrenin hayatında bir hücre bölünmesinden diğerine kadar geçen süre hücre siklusu (döngüsü) olarak bilinir. Hücre siklusu başlıca a. interkinezis (interfaz) ve b. mitoz (M fazı) olmak üzere iki evreye ayrılır. İnterfaz evresiyse; a. G 1 , b. S ve c.G 2 fazları olmak üzere 3 evreye ayrılabilir. 21 HÜCRE BÖLÜNMESİ Gerek embriyonik gelişme, gerekse doğumdan sonra organizmanın büyümesi ve tamiri hücre bölünmeleri ile olur. Hücreleri bölünmeye iten başlıca iki sebep vardır; 1-Yüzey/Hacim oranı, 2-Sitoplazma/Çekirdek oranı: Hücre bölünmesinde iki temel olay vardır: 1. Karyokinezis, çekirdek bölünmesi 2. Sitokinezis, sitoplazmanın bölünmesi ? Bazen sitoplazma bölünmeden, sadece çekirdek bölünür. ? Çekirdek zarı, nükleolus kaybolması DNA duplikasyonu gibi olaylar görülmez. ? Basitçe çekirdek uzar ve ortadan ikiye bölünür. ? Bu bölünmeye amitoz bölünme denir ve karaciğer hücreleri, megakaryosit, üriner sistem epitel hücreleri ve muhtemelen osteoklast gibi hücrelerde görülür. Genel olarak; a. Mitoz ve b. Mayoz olmak üzere iki tip hücre bölünmesi vardır. 22 • Hücre döngüsünü iki tür protein kontrol eder, Siklinler ve siklin- bağımlı protein kinazlar. • Siklinler, siklin bağımlı protein kinazlara bağlanırlar ve seçilmiş proteinleri fosforile ederler. • Dokular hücre çoğalmasını sınırlamak için iki yol izler; – 1- trombosit kökenli büyüme faktörü (PDGF) ve fibroblast büyüme faktörü gibi hücre büyümesini uyaran mitoje faktörleri sınırlayarak, – 2- hücre çoğalmasını aktif olarak baskılayan düzenleyici genlerle normal hücre çoğalmasını kontrol altında tutarak. • Telomerler, • Telomeraz, ters transkriptaz aktivitesine sahip bir ribonukleoprotein olup. • Statik, stabil ve yenilenebilen 23 G 1 evresi (preduplikasyon, sentez öncesi evre) ?Mitoz bölünme sonrası yeni hücrenin hacminin arttığı evredir. ?Hızlı bir protein sentezi ve büyüme olur, böylece yavru hücre ana hücrenin büyüklüğüne ulaşır. ?Bu fazın geç dönemlerinde sentriol iki katına çıkar. S evresi (sentetik evre) ?DNA sentezinin yapıldığı safhadır, böylece DNA ikiye katlanır. ?Yaklaşık 7 saat sürer. ?DNA bağlayan protein olan histonlar sadece S fazında sentezlenir (diğer çekirdek proteinlerinin sentezinde ise böyle bir sınırlama yoktur). 24 G 2 evresi ?Onarım ve hazırlık fazıdır. ?DNA sentezi bitmiştir, ancak RNA ve protein sentezi devam eder. ?Bu safhada mikrotubuluslarda kullanılacak tubulin proteininin sentezi yanı sıra, mitozda kullanılacak enerjide üretilir. ?Hızlı bölünen hücrelerde 1 saat kadar kısa sürebilir. 25 ? Hücre siklusu yaklaşık 20 saat sürer. ?Bunun da büyük kısmı interfazdaki büyüme için kullanılır. ?Uygun olmayan şartlarda bu süre uzayabilir. ?Hücrelerin bölünmeye hazırlık yapmadan kaldığı evre G 0 fazı olarak bilinir. ? Bölünme açısından dinlenme evresi olarak bilinirse de aslında fizyolojik olarak hücrenin çok aktif olduğu bir dönemdir. 26 27 MİTOZ BÖLÜNME ?Somatik hücreler mitoz bölünmeyle bölünür ve birbirine benzeyen, kromozom sayıları ana hücreye eşit iki yeni hücre oluşur. Mitoz kesintisiz bir olay olmasına rağmen kolay anlaşılması için; a. Profaz, b. Metafaz, c. Anafaz ve d. Telofaz olmak üzere 4 evreye ayrılır. 28 Profaz: ?Nükleus kromatini giderek spiralleşir, sıklaşır ve çubuk ya da saç tokası şeklinde koyu boyanan kromozomlar ortaya çıkar. ?Sentriol çiftleri karşı kutuplara göç eder ve aralarında mitoz mekiğinin mikrotubulusları belirmeye başlar. ?Nükleolus giderek kaybolur. ?Çekirdek zarının erimeye başlamasıyla bu evre sonlanır. ?Bazı kaynaklar nükleus zarının eridiği dönemi prometafaz olarak adlandırır. ?Yıldızsı (astral) lifler, polar mikrotübüller, mitotik iğ fibrilleri 29 Metafaz: ?Bu evrenin başında çekirdek zarı tamamen kaybolur. ?Tüm kromozomlar iğ fibrillerinin ortasında bir düzlem (ekvator plağı) üzerinde toplanırlar ve mitoz mekiğinin mikrotubuluslarına temas ederler. ?Her iğ fibrili ait olduğu kutba yönelik olan bir kromatidin kinetokoruna bağlanır. 30 Anafaz: ?Anafaz metafaz plağının merkezine yerleşik eş kromatitlerin birbirlerinden çekilip ayrılması ve mitoz iğinin zıt kutuplarına göçü ile başlar. ?Anafaz sırasında kromatitlerin kutuplara doğru hareketi sırasında, kinetokorların uçlarında depolimerizasyonu ile mikrotübüllerin kısalması sonucu bir şişkinlik görülür. ?Geç anafaz sırasında plazmalemmada yarıklanma görülmeye başlar. ?Bu yarıklanma sitokinezis sırasında hücrenin bölüneceği yeri gösterir. 31 Telofaz: ?Yavru hücrelerde nükleusların yeniden görülmesi ile karakterizedir. ?Nükleoluslar, kromatin ve nükleus membranı yeniden oluşur. ?Bu arada ana hücrenin ekvator düzleminde bir kasılma oluşur. ? Aktin ve miyozin içeren mikrofilamentlerin kemer şeklinde sıkışması ile olan bu olayda bölünme halkası meydana gelir ve bu olay sitoplazma ve organellerin yarı yarıya bölünmesine kadar devam eder. 32 Sitokinezis • Sitokinezis mitoz sırasında sitoplazmanın iki eşit parçaya bölünmesidir. • Yarıklanma orta hatta, küçük bir sitoplazma köprüsü kalana kadar devam eder. • Her iki eş hücreyi polar mikrotübüller birbirine bağlar. • Polar mikrotübüller plazma membranının hemen iç kısmında görülen kontraktil yüzük tarafından çevrelenirler. • Kontraktil yüzük aktin ve miyozin filamentlerinden ibarettir ve plazma membranına tutunurlar. 33 • Yüzüğün sıkışması ile iğsi mikrotübülleri depolimerizasyona uğrar ve iki eş hücre ayrılır. • Eş hücrelerin ayrılması sırasında ve hemen sonra kontraktil yüzük elementleri ve mitoz aygıtının diğer mikrotübülleri sitokinezin bitimiyle birlikte ayrılırlar. • Mitoz sonucu oluşan her bir eş hücre her bakımdan birbirinin aynıdır. Her bir eş hücrenin gen sayıları eşittir ve diploid (2n) kromozom sayısına sahiptirler. 34 HİSTOLOJİ KAYNAK KİTAPLARI HİSTOLOJİ KAYNAK KİTAPLARI •Temel Histoloji Yener Aytekin •Histoloji ve Hücre Biyolojisi Ramazan Demir •Histoloji I ve II Türkan Erbengi •Genel Tıp Histolojisi Meral Tekelioğlu •Özel Histoloji Meral Tekelioğlu •A Textbook of Histology Bloom, Fawcett •Basic Histology Junqueira, Carneiro, •Human Histology Stevens, Lowe •Histology, A Text and Atlas Ross, Romrell •Genel histoloji, özel histoloji Mukaddes Eşrefoğlu 35