1 - Histoloji - Embriyoloji Mayoz Bölünme MAYOZ BÖLÜNME VE HÜCRE ÖLÜMÜ Doç.Dr.Mehmet Fatih SÖNMEZ 2 ÖĞRENİM HEDEFLERİ • Dönem I öğrencileri bu dersin sonunda; – Mayoz bölünmeyi – Hücre ölüm mekanizmalarını – Nekroz ve Apoptozis arasındaki farkları öğrenecektir. 3 MAYOZ • Mayoz, haploid gametleri oluşturacak olan diploid germinatif hücrelerin hücre bölünme tipidir. • Üreme hücrelerinin köken aldığı embriyonik hücreler vitellüs kesesi duvarında farklılaşmaya başlar ve genital kabarıntılara göç eder ve gelişmekte olan gonadların içine girer. • Erkek ve kadın gametlerin gelişimleri sırasında meydana gelen olayların zamanları farklı olmakla birlikte birbirini takip eden olaylar aynıdır. • Ardarda iki mayoz bölünme vardır. 4 • Mayoz I, Reduksiyon Bölünme olarak bilinir çünkü bu bölünmede profazdaki homolog çiftler diploidden haploide indirgenir ve anafazda ayrı tutulur. • Mayoz II, Mayoz I'i DNA replikasyonu devresi olmaksızın takip eder. • Spermatogenezis ve oogenezis sırasında nukleusta olan değişiklikler aynı iken sitoplazmada olan değişiklikler farklı olmaktadır. • Metafaz I deki değişiklikler aynıdır ama metafaz I’den sonra farklılaşmaya başlar. 5 Mayoz I dört safhada incelenir; Profaz I Metafaz I Anafaz I Telofaz I 6 PROFAZ I • Mayoz I'in profazı önemli genetik sonuçları olan karmaşık bir olaydır. • Profaz I deki evreler boyunca kromozomlar devamlı yoğunlaşır, gittikçe kısalır ve kalınlaşır. Beş safhaya ayrılır – Leptoten – Zigoten – Pakiten – Diploten – Diakinezis 7 LEPTOTEN • Kromozomlar, önceden S devresinde replike olmuştur ve yoğunlaşmaya başlamadan önce ince iplik biçiminde görülebilirler. • Üniform kalınlığa sahip olan mitotik kromozomlardan farklı olarak bu kromozomlar ince ve kalın bölgeler içerirler. • Kromomer olarak adlandırılan kalın bölümler, herbir kromozom için karekteristik bir modele sahiptir. 8 ZİGOTEN • Bu evrede, homolog kromozomlar çift oluşturmak için bütün uzunluğu boyunca birbirine yaklaşmaya başlar. • Homolog kromozom, biri anneden biri babadan gelen şekil ve büyüklük bakımından aynı olan kromozomlardır. • Çiftleşme olayı veya sinapsis çok mükemmeldir, birbirlerine uyan DNA dizileri bütün kromozom uzunluğu boyunca bir hizadadır. • sinaptonemal kompleks • Sinaptonemal kompleks, crossing over olayı için çok önemlidir. • Crossing over olayı mayozun bir sonra ki evresi pakiten de meydana gelir. 9 PAKİTEN • Bu evre sırasında, kromozomlar çok daha fazla sıkıca daha belirgin olan kromomerleri ile sarılırlar. • Sinapsisler tamdır, herbir homolog çift BIVALENT (iki değerli) olarak görülür (bazen dört kromatid içerdiği için TETRAD olarak isimlendirilir). • Bu evrede crossing over meydana gelir. 10 DIPLOTEN • Her bir bivalentin iki komponenti diğer birini itmeye başlar. • Homolog kromozomlar ayrılmasına rağmen, onların sentromerleri ayrılmadan kalır, bundan dolayı kardeş kromatidlerin herbiri başlangıçtaki birbirine bağlı durumunu korur. • Herbir bivalentin iki homoloğu sununda, sadece KIAZMA olarak isimlendirilen noktalarda birarada tutulurlar ve bu noktalar crossing over'ın oluştuğu yerleri belirlediğine inanılmaktadır. Insan spermatositlerinde görülen kiazma sayısı ortalama yaklaşık olarak 50 'dir. Her bivalentte en az bir (1) kiazma vardır. 11 DIAKINEZIS • Bu evrede, kromozomlar maksimum yoğunluğa ulaşırlar. • Nukleolus kaybolur ve nukleus membranında bozulmalar başlar. 12 METAFAZ I • Metafaz, mitozda olduğu gibi çekirdek zarının kaybolmasıyla başlar. • Bir iğ oluşmuştur ve çiftleşmiş kromozomlar ekvatoryal düzlem üzerinde kendi kendilerine dizilmişlerdir. 13 ANAFAZ I • Her bir bivalentin iki üyesi ayrılır, herbirinin kendi sentromerleri ile bir arada tutulan kardeş kromatidleri hücrenin zıt kutuplarına çekilir. • Böylece kromozom sayısı yarıya indirilmiş olur, ve herbir ürün haploid kromozom sayısına sahiptir. • Bivalentler biri diğerinden bağımsız olarak tasnif edilir ve köken aldığı baba ve anneye ait takımın bir sonucu olarak rastgele kombinasyonlara ayrılır. • 23 çift kromozomun muhtemel kombinasyon sayısı gametlerde 8 milyondan daha fazladır. • Anne babadan çocuğa geçen genetik materyalin çeşitliliği crossing over olayı yüzünden dolayı gerçekte çok daha fazladır. • Bu olayın bir sonucu olarak, herbir kromatid parenteral kromozom çiftinin herbir üyesinden gelmiş segmentler içerir. 14 TELOFAZ I • İki haploid kromozom takımı telofazda hücrenin (zıt) karşı kutuplarında gruplandırılır. • SITOKINEZIS: Telofaz I den sonra, hücre iki haploid evlat hücreye bölünür ve interfaza geçer. • Spermatogeneziste sitoplazma iki evlat hücre arasında az çok eşit olarak bölünür fakat oogeneziste evlat hücrelerden biri (sekonder oosit) sitoplazmanın hemen hemen tümünü alır diğeri ise birinci polar cismi oluşturur. • Mitozun aksine, interfaz kısadır. • Genetik olarak önemli nokta, birinci ve ikinci mayoz bölünme arasında S devresi yoktur yani DNA sentezi yoktur. 15 IKINCI MAYOZ BÖLÜNME (MAYOZ II) • İkinci mayoz bölünme, mayoz II'ye giren hücrenin kromozom sayısının haploid olması haricinde sıradan bir mitoza benzer. • Sonunda, her biri 23 kromozom içeren dört haploid hücre oluşur. • Daha önce de bahsedildiği gibi, mayoz I'deki crossing over yüzünden, bu hücrelerin kromozomları eş değildir. • Ya birinci ya da ikinci mayoz bölünme sonucunda meydana gelen herbir genin baba ve anne ayrımları mayoz I de olan cros over da dahil olup olmamasına bağlıdır. 16 17 18 HÜCRE ÖLÜMÜ • Diğer çok hücreli organizmalarda olduğu gibi insanda da hücre proliferasyon ve hücre ölümü oranı net hücre üretimini belirler. • Burada bir anormallik ya hücre artışı bozuklukları (kanser, hiperplazi) ya da hücre azalması bozuklukları (atrofi, degeneratif hastalıklar) ile sonuçlanır. • Hücre ölümü akut hücre yaralanması veya programlanmış hücre ölümü sonucunda olabilir. • Bu hücre ölümünün iki farklı mekanizması; Nekrozis ve apoptozis olmasına rağmen bugün birkaç farklı ölüm mekanizması daha bilinmektedir. 19 • Onkozis; İskemi nedeniyle ATP oluşumunda aksama membran permeabilitesinde artış sonucu olur. – Sitoplazmik şişme – Plazma membranlarının mekanik olarak rüptürü – Sitoplazmik organellerde dilatasyon – Orta derecede kromatin yoğunlaşması – 24 saat içinde nekrozise dönüşür • Mitoptozis; Mitokondiyonların intiharı söz konusudur – Artmış serbest oksijen radikallerince tetiklenir 20 • Anoikozis; Hücrelerin komşu hücreler ile olan bağlantılarını kaybedip apoptozis ile ölmesidir. • Sitotoksik ölüm; CD8+ T lenfosit ne NK hücreleri • Otofajik hücre ölümü; Kromatin yoğunlaşması olmadan sitoplazmada aşırı otofajik vakuol birikimi sonucu olur. – Apoptozisin olmadığı durumlarda otofajik hücre ölümünün devreye girdiği düşünülmektedir. 21 Nekrozis • Yada kaza ile hücre ölümü. Nekroz patolojik bir süreçtir. • Bu olay akut hücre yaralanmasına yada plazma membranında hasara yol açan istenmeyen fiziksel ve kimyasal ajanlara maruz kalan hücrelerde olmaktadır – hipotermi, – hipoksi, – radyasyon, – düşük pH, – hücre travması • Bu sürecin iki karakteristik özelliği vardır; – hızlıca hücrenin şişmesi – lizis. 22 • Hücre yaralanmasının sonucu olarak hücre membranındaki hasar su ve ekstrasellüler iyonların hücre içine girişine neden olur. • Mitokondri, GER ve nukleus gibi intrasellüler organeller hücre membran rupture ve şişmesinden kaynaklanan geriye dönüşsüz olarak hasarlanırlar. • Sonuç olarak plazma membranındaki hasar sonucunda lizozomal enzimleride içeren sitoplazmik içerik ekstrasellüler alana salınır. • Bu yüzden nekrotik hücre ölümü yoğun inflamatuvar cevap ve çevre doku hasarıyla ilişkilidir. 23 NEKROSIS APOPTOSIS 24 Apoptosis • Yada programlı hücre ölümü. Apoptosis fizyolojik bir süreçtir. • Bu olay normal embriyolojik gelişmede ve overlerdeki foliküler atrezi gibi diğer fizyolojik koşullarda meydana gelir. • Hücreler internal olarak kodlanmış intihar programı ile kendi ölümlerini başlatabilirler. • Apoptosis kontrol altındaki otosindirim ile karakterizedir ve böylece hücre membran bütünlüğü sürdürülür. 25 • Apoptosisde hücre kendi ölümüne aktif olarak katılmaktadır. • Bu olayda birçok intrinsik ve ekstrinsik sinyal görev almaktadır. • Apoptosis geçiren hüce karakteristik morfolojik ve biyokimyasal özellikler göstermektedir; • Çekirdekte DNA fragmantasyonu olmaktadır ve bu hücre ölümünün irreversibl işaretidir. • DNA fragmantasyonu endonukleazların Ca-bağımlı ve Mg-bağımlı aktivasyonu sonucu olmaktadır. • Bu enzimler seçici olarak DNA’yı yarıklar ve küçük oligonukleozomal parçalar oluşturur. • Ladder patern (merdiven görüntüsü) • Daha sonra nuclear kromatin toplanır ve nukleus nuklear membran ile bağlı ayrı parçalara bölünebilir 26 • Sitoplazmadaki küçülme ile hücre volümü azaltılır. • Hücre iskeleti elemanları hücre yüzeyinde paralel bandlar halinde tekrar organize olurlar. • Mitokondriyal membran kanallarındaki geçirgenlikteki değişiklikler sonucunda mitokondri fonksiyonunda azalma meydan gelir. • Mitokondri bütünlüğü bozulur ve elektron transport zinciri ve mitokondriyal transmembran akışı hasara uğrar. • Mitokondride intermembranel alanda bulunan sitokrom C gibi proteinler sitoplazma içine salınır ve hücre çözülmesinden sorumlu olan kaspaz olarak adlandırılan proteolitik enzim basamaklarını aktive eder. • Mitokondrilerdeki sitokrom C’nin salınımının düzenlenmesi Bcl-2 etkisi altındadır. 27 • Hücre membranı değişiklikleri membranda kabarcıklanma ile sonuçlanır. • Bu değişiklik plazma membranının sitoplazmik yüzeyinden dış yüzeyine belli moleküllerin (fosfotidilserin) translokasyonu ile ilişkilidir. • Bu değişiklikler plazma membranının fiziksel ve kimyasal özelliklerinin değişim nedenidir ve membran bütünlüğünde azalma olmaksızın kabarcıklanmaya yol açar. • Apoptotik cisimlerin oluşumu, apoptozisin son basamağıdır hücre kırılması ile sonuçlanır. • Bu membrana bağlı veziküller nuklear materyal ve organelleri içeren sitoplazmik kabarcıklardan köken alır. • Bunlar hızlıca fagositotik hücreler tarafından uzaklaştırılır. • Bu uzaklaştırılan apoptotik cisimler inflamatuvar cevap oluşturmazlar. 28 • Apoptozisin görüldüğü dokular; – İnce barsaklar – Deri – Timus – Uterus • Apoptozisin bozulduğu hastalıklar; – Viral enfeksiyonlar • Ebstein-Barr • Papillomavirus – Nörodejeneratif hast. – Tip I diabet – AIDS – Malign hastalıklar 29 NEKROSIS APOPTOSIS 30 31 Apoptosis ve nekrosis arasındaki farklar nedir? Apoptosis Nekroz • Fizyolojik ve patolojik olabilir. • Enerjiye bağımlıdır. • Hücre büzülmesi görülür. • Mitokondri ve sitokrom C rol alır. • Lizozomal enzimlerde bir sızma yoktur: Özgül enzimler rol oynar. • Karakteristik nükleer değişiklikler vardır. • Apoptotik cisimler şekillenir. • DNA’da parçalanma olur. • Özgül proteazlar aktive olur. • Evrimsel olarak getirilir. • Ölü hücreler, komşu hücreler tarafından sindirilir. • Herzaman patolojiktir. • Enerjiye bağımlılık göstermez. • Hücreler şişer. • Mitokondrilerin rolü yoktur. • Lizozamal enzimlerde sızma olur. • Nükleus kaybı vardır. • Apoptotik cisimler oluşmaz. • DNA parçalanmaz • Proteazlar aktive olmaz. • Evrimsel olarak getirilmez. • Ölü hücreler, nötrofil ve makrofajlar tarafından sindirilir. 32 Apoptozis mediatörleri • Kalsiyum • Bcl-2 • p53 • Sitokrom c • Kaspaz’lar • Granzim • ….. 33 • Bcl-2 ve Bcl-X 1 antiapoptotik. • Bax, Bad, Bid ise apoptotiktir. • Bcl-2 mitokondri dış membranında bulunmakta. • Bax sitozolde bulunmakta • Bcl-2 / Bax oranı 34 • p53 apoptotik bir maddedir. • Bax’ın ekspresyonunu artırır. • Papillomavirus p53’ü inaktifleştirir. 35 • Sitokrom C ve apoptozis İndukleyici Faktor (AIF) • Sitokrom C + Apaf-1 + ATP = Apoptozom • Prokaspaz 9 Aktif kaspaz 9 • Kaspaz 3 aktifleşir. • Kaspazla aktifleşen deoksiribonükleaz inhibitörünü (ICAD) inaktifleştirir. Böylece CAD oluşur. 36 • Kaspaz (sistein proteaz) • 2,8,9,10 başlatıcı • 3,6,7 effektör • Kaspaz inhibitör ailesi IAF (Inhibitor of apoptosis) 37 • Granzimler sitotoksik T lenfositlerin ve NK hücrelerin sitoplazmasında bulunur. 38 • TNF-R1 ve FAS hücrelerde bulunan ölüm reseptörüdür. • TRADD ve FADD 39 Activation and Inhibition of Apoptosis 40 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 41