نمو الخلايا

📅 آخر تحديث: ١٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١٧ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 5 صور
الموسوعة الحرة
انقسام الخلايا ونموها وتكاثرها

يشير نمو الخلية إلى زيادة في الكتلة الكلية للخلية ، بما في ذلك حجم السيتوبلازم والنواة والعضيات . [ 1 ] يحدث نمو الخلية عندما يكون المعدل الإجمالي للتخليق الحيوي الخلوي (إنتاج الجزيئات الحيوية أو البناء ) أكبر من المعدل الإجمالي للتحلل الخلوي (تدمير الجزيئات الحيوية عبر البروتيازوم أو الليزوزوم أو الالتهام الذاتي ، أو الهدم). [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]

لا ينبغي الخلط بين نمو الخلايا وانقسامها أو دورة الخلية ، فهذه عمليات متميزة قد تحدث بالتزامن مع نمو الخلايا أثناء عملية تكاثرها ، حيث تنمو خلية تُعرف بالخلية الأم وتنقسم لإنتاج خليتين بنتين . [ 1 ] ومن المهم الإشارة إلى أن نمو الخلايا وانقسامها قد يحدثان بشكل مستقل عن بعضهما البعض. فخلال المراحل المبكرة من التطور الجنيني ( انقسام الزيجوت لتكوين التوتية والبلاستوديرم )، يحدث انقسام الخلايا بشكل متكرر دون نمو. في المقابل، يمكن لبعض الخلايا أن تنمو دون انقسام أو دون أي تقدم في دورة الخلية ، مثل نمو الخلايا العصبية أثناء توجيه المحاور العصبية في نمو الجهاز العصبي .

انقسام الخلايا دون نمو الخلايا أثناء انقسام الجنين

في الكائنات متعددة الخلايا ، نادرًا ما يحدث نمو الأنسجة من خلال نمو الخلايا فقط دون انقسامها ، بل يحدث في أغلب الأحيان من خلال تكاثر الخلايا . [ 1 ] ويعود ذلك إلى أن الخلية الواحدة التي تحتوي على نسخة واحدة فقط من الجينوم في نواتها تستطيع القيام بعمليات التخليق الحيوي، وبالتالي تنمو بمعدل نصف معدل نمو خليتين. ومن ثم، تنمو خليتان (تتراكم كتلتهما) بمعدل ضعف معدل نمو خلية واحدة، وتنمو أربع خلايا بمعدل أربعة أضعاف معدل نمو خلية واحدة. ويؤدي هذا المبدأ إلى زيادة أسية في معدل نمو الأنسجة (تراكم الكتلة) أثناء تكاثر الخلايا، نظرًا للزيادة الأسية في عدد الخلايا.

يعتمد حجم الخلية على كلٍّ من نموّها وانقسامها ، حيث يؤدي ازدياد معدل نموّها بشكلٍ غير متناسب إلى إنتاج خلايا أكبر حجمًا، بينما يؤدي ازدياد معدل انقسامها بشكلٍ غير متناسب إلى إنتاج العديد من الخلايا الأصغر حجمًا. يتضمن تكاثر الخلايا عادةً توازنًا بين معدلات نموّها وانقسامها، مما يحافظ على حجم خلية ثابت تقريبًا ضمن مجموعة الخلايا التي تتكاثر بشكلٍ متسارع.

تستطيع بعض الخلايا المتخصصة أن تنمو إلى أحجام كبيرة جدًا عبر دورة خلوية غير عادية تعتمد على التضاعف الداخلي، حيث يتضاعف الجينوم خلال طور التضاعف ( S-phase) دون حدوث انقسام خلوي لاحق (طور الانقسام المتساوي M-phase ) أو انقسام السيتوبلازم (انقسام السيتوبلازم ). تحتوي هذه الخلايا الكبيرة التي تتضاعف داخليًا على نسخ عديدة من الجينوم ، لذا فهي متعددة الصيغ الصبغية بدرجة عالية .

قد تكون البويضات خلايا كبيرة الحجم بشكل غير معتاد في الأنواع التي يحدث فيها التطور الجنيني بعيدًا عن جسم الأم داخل بيضة توضع خارجيًا. ويمكن تحقيق الحجم الكبير لبعض البويضات إما عن طريق ضخ مكونات السيتوبلازم من الخلايا المجاورة عبر جسور سيتوبلازمية تُسمى القنوات الحلقية ( كما في ذبابة الفاكهة )، أو عن طريق استيعاب حبيبات تخزين المغذيات (حبيبات المح) عن طريق البلعمة الخلوية ( كما في الضفادع ).

آليات التحكم في نمو الخلايا

يمكن للخلايا أن تنمو عن طريق زيادة المعدل الإجمالي للتخليق الحيوي الخلوي بحيث يتجاوز إنتاج الجزيئات الحيوية المعدل الإجمالي للتحلل الخلوي للجزيئات الحيوية عبر البروتيازوم أو الليزوزوم أو الالتهام الذاتي .

تبدأ عملية التخليق الحيوي للجزيئات الحيوية عن طريق التعبير عن الجينات التي تشفر الحمض النووي الريبي و/أو البروتينات ، بما في ذلك الإنزيمات التي تحفز تخليق الدهون والكربوهيدرات .

يتم التعبير عن الجينات الفردية بشكل عام عن طريق النسخ إلى الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) والترجمة إلى بروتينات ، ويحدث التعبير عن كل جين على مستويات مختلفة بطريقة خاصة بنوع الخلية (استجابة لشبكات تنظيم الجينات ).

لتحفيز نمو الخلايا، يمكن زيادة معدل التعبير الجيني العام عن طريق تعزيز معدل النسخ بواسطة بوليميراز الحمض النووي الريبي II (للجينات النشطة)، أو معدل ترجمة الحمض النووي الريبي الرسول إلى بروتين عن طريق زيادة وفرة الريبوسومات والحمض النووي الريبي الناقل ، اللذين يعتمد تكوينهما الحيوي على بوليميراز الحمض النووي الريبي I وبوليميراز الحمض النووي الريبي III . يُعد عامل النسخ Myc مثالًا على بروتين تنظيمي قادر على تحفيز النشاط العام لبوليميراز الحمض النووي الريبي I وبوليميراز الحمض النووي الريبي II وبوليميراز الحمض النووي الريبي III لتحفيز النسخ والترجمة على مستوى الخلية ، وبالتالي نموها.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن زيادة نشاط الريبوسومات الفردية لتعزيز الكفاءة العامة لترجمة الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) عبر تنظيم عوامل بدء الترجمة، بما في ذلك مُركَّب "عامل بدء استطالة الترجمة 4E" ( eIF4E )، الذي يرتبط بالنهاية 5' لجزيئات mRNA ويُغطيها . يُعدّ بروتين TOR ، وهو جزء من مُركَّب TORC1 ، مُنظِّمًا هامًا لبدء الترجمة وتكوين الريبوسومات . [ 5 ] TOR هو كيناز سيرين/ثريونين قادر على فسفرة وتثبيط مُثبِّط عام لـ eIF4E ، يُسمى بروتين ربط 4E (4E-BP) ، لتعزيز كفاءة الترجمة. كما يقوم TOR أيضًا بفسفرة وتنشيط بروتين S6-كيناز الريبوسومي ( S6K )، الذي يُعزز تكوين الريبوسومات .

لكبح نمو الخلايا، يمكن تقليل معدل التعبير الجيني العام أو زيادة معدل التحلل الجزيئي الحيوي العام عن طريق زيادة معدل الالتهام الذاتي . عادةً ما يثبط TOR وظيفة كيناز Atg1/ULK1 المحفز للالتهام الذاتي بشكل مباشر . وبالتالي، فإن تقليل نشاط TOR يقلل من معدل الترجمة العام ويزيد من مدى الالتهام الذاتي للحد من نمو الخلايا.

تنظيم نمو الخلايا في الحيوانات

تُسمى العديد من جزيئات الإشارة التي تتحكم في نمو الخلايا بعوامل النمو ، والعديد منها يحفز نقل الإشارة عبر مسار PI3K/AKT/mTOR ، والذي يتضمن كيناز الدهون PI3K في المنبع وكيناز البروتين سيرين/ثريونين Akt في المصب ، والذي يستطيع تنشيط كيناز بروتين آخر TOR ، والذي يعزز الترجمة ويمنع الالتهام الذاتي لدفع نمو الخلايا.

يؤثر توافر العناصر الغذائية على إنتاج عوامل النمو من عائلة الأنسولين / IGF-1 ، والتي تنتشر كهرمونات في الحيوانات لتنشيط مسار PI3K/AKT/mTOR في الخلايا، مما يعزز نشاط TOR. وبالتالي، عندما تتغذى الحيوانات جيدًا، فإنها تنمو بسرعة، وعندما لا تحصل على ما يكفي من العناصر الغذائية، يتباطأ معدل نموها. وقد ثبت مؤخرًا أيضًا أن استقلاب البيكربونات الخلوي، المسؤول عن نمو الخلايا، يمكن تنظيمه بواسطة إشارات mTORC1. [ 6 ]

بالإضافة إلى ذلك، فإن توافر الأحماض الأمينية للخلايا الفردية يعزز بشكل مباشر نشاط TOR ، على الرغم من أن طريقة التنظيم هذه أكثر أهمية في الكائنات وحيدة الخلية مقارنة بالكائنات متعددة الخلايا مثل الحيوانات التي تحافظ دائمًا على وفرة من الأحماض الأمينية في الدورة الدموية.

تقترح إحدى النظريات المثيرة للجدل أن العديد من خلايا الثدييات المختلفة تخضع لتحولات تعتمد على الحجم خلال دورة الخلية. وتُتحكم هذه التحولات بواسطة كيناز Cdk1 المعتمد على السيكلين. [ 7 ] على الرغم من أن البروتينات التي تتحكم في Cdk1 مفهومة جيدًا، إلا أن صلتها بآليات مراقبة حجم الخلية لا تزال غير واضحة.

يفترض نموذجٌ مُقترحٌ للتحكم في حجم الخلايا لدى الثدييات أن الكتلة هي القوة الدافعة لدورة الخلية. لا تستطيع الخلية أن تنمو إلى حجمٍ كبيرٍ بشكلٍ غير طبيعي، لأنه عند بلوغ حجمٍ أو كتلةٍ مُعينةٍ، تبدأ مرحلة التضاعف (S). تبدأ مرحلة التضاعف (S) سلسلة الأحداث المؤدية إلى الانقسام المتساوي وانقسام السيتوبلازم. لا تستطيع الخلية أن تصغر كثيرًا، لأن أحداث دورة الخلية اللاحقة، مثل مرحلة التضاعف (S) ومرحلة النمو الثانية (G2) ومرحلة الانقسام (M)، تتأخر حتى تزداد الكتلة بشكلٍ كافٍ لبدء مرحلة التضاعف (S). [ 8 ]

مجموعات الخلايا

تخضع مجموعات الخلايا لنوع خاص من النمو الأسي يُسمى التضاعف أو تكاثر الخلايا . وبالتالي، يكون عدد الخلايا في كل جيل ضعف عددها في الجيل السابق. مع ذلك، فإن عدد الأجيال لا يُمثل سوى الحد الأقصى، إذ لا تنجو جميع الخلايا في كل جيل. تتكاثر الخلايا في مرحلة الانقسام المتساوي، حيث تتضاعف وتنقسم إلى خليتين متطابقتين وراثيًا.

حجم الخلية

يتباين حجم الخلايا بشكل كبير بين الكائنات الحية، فبعض الطحالب، مثل طحلب الكوليربا تاكسيفوليا، تتكون من خلية واحدة يصل طولها إلى عدة أمتار. [ 9 ] الخلايا النباتية أكبر بكثير من الخلايا الحيوانية، وقد يصل طول الطلائعيات، مثل البراميسيوم، إلى 330 ميكرومتر، بينما قد يبلغ طول الخلية البشرية النموذجية 10 ميكرومتر. يبقى السؤال مطروحًا حول كيفية "تحديد" هذه الخلايا لحجمها الأمثل قبل الانقسام. من المعروف أن التدرجات الكيميائية تساهم جزئيًا في ذلك، ويُفترض أن استشعار الإجهاد الميكانيكي بواسطة الهياكل الخلوية يلعب دورًا في هذه العملية. يتطلب البحث في هذا الموضوع عمومًا كائنًا حيًا معروفًا جيدًا بدورة حياته الخلوية.

مشكلة لم تُحل في علم الأحياء
كيف تحدد الخلايا الحجم الذي يجب أن تنمو إليه قبل الانقسام؟
المزيد من المشاكل التي لم يتم حلها في علم الأحياء

تنظيم حجم خلايا الخميرة

دُرست العلاقة بين حجم الخلية وانقسامها بشكلٍ مُستفيض في الخميرة . ففي بعض الخلايا، توجد آلية لا يبدأ بها الانقسام الخلوي إلا بعد بلوغ الخلية حجمًا مُعينًا. إذا ما قُيِّدَ إمداد المغذيات (بعد الزمن t = 2 في الرسم البياني أدناه)، وتباطأ معدل زيادة حجم الخلية، فإن الفترة الزمنية بين الانقسامات الخلوية تزداد. [ 10 ] وقد عُزِلَت طفرات في حجم خلايا الخميرة تبدأ الانقسام الخلوي قبل بلوغ حجمها الطبيعي ( طفرات صغيرة ). [ 11 ]

الشكل 1: دورة الخلية والنمو

بروتين Wee1 هو كيناز تيروسين يقوم عادةً بفسفرة بروتين Cdc2 المنظم لدورة الخلية (المماثل لـ CDK1 في البشر)، وهو كيناز معتمد على السيكلين، على بقايا التيروسين. يحفز Cdc2 دخول الخلية في الانقسام المتساوي عن طريق فسفرة مجموعة واسعة من الأهداف. هذا التعديل التساهمي للبنية الجزيئية لـ Cdc2 يثبط نشاطه الإنزيمي ويمنع انقسام الخلية. يعمل Wee1 على إبقاء Cdc2 غير نشط خلال المرحلة G2 المبكرة عندما تكون الخلايا لا تزال صغيرة. عندما تصل الخلايا إلى حجم كافٍ خلال المرحلة G2، يقوم الفوسفاتاز Cdc25 بإزالة الفسفرة المثبطة، وبالتالي ينشط Cdc2 للسماح بدخول الانقسام المتساوي. يتم تنسيق توازن نشاط Wee1 وCdc25 مع تغيرات حجم الخلية بواسطة نظام التحكم في دخول الانقسام المتساوي. وقد تبين في طفرات Wee1، وهي خلايا ذات نشاط Wee1 ضعيف، أن Cdc2 يصبح نشطًا عندما تكون الخلية أصغر حجمًا. وبالتالي، يحدث الانقسام المتساوي قبل أن تصل الخميرة إلى حجمها الطبيعي. وهذا يشير إلى أن انقسام الخلايا قد يُنظَّم جزئيًا عن طريق تخفيف تركيز بروتين Wee1 في الخلايا مع نموها.

ربط Cdr2 بـ Wee1

يتمركز بروتين كيناز Cdr2 (الذي يُثبط Wee1) والكيناز Cdr1 المرتبط به (الذي يُفسفر Wee1 مباشرةً ويُثبطه في المختبر ) [ 12 ] في حزمة من العُقد القشرية في منتصف خلايا الطور البيني. بعد دخول الانقسام المتساوي، تُستقطب عوامل انقسام السيتوبلازم، مثل الميوسين II ، إلى عُقد مماثلة؛ وتتكثف هذه العُقد في النهاية لتشكيل حلقة انقسام السيتوبلازم . [ 13 ] وُجد أن بروتينًا لم يُوصَف سابقًا، Blt1 ، يتشارك الموقع مع Cdr2 في عُقد الطور البيني الوسطى. أظهرت خلايا Blt1 المُفتقرة للجين زيادة في الطول عند الانقسام، وهو ما يتوافق مع تأخر دخول الانقسام المتساوي. تربط هذه النتيجة موقعًا فيزيائيًا، وهو حزمة من العُقد القشرية، بعوامل ثبت أنها تُنظم دخول الانقسام المتساوي مباشرةً، وهي Cdr1 وCdr2 وBlt1.

أظهرت تجارب إضافية باستخدام بروتينات موسومة ببروتين GFP وبروتينات طافرة أن العقد القشرية الوسطى تتشكل من خلال تجميع منظم يعتمد على Cdr2 لبروتينات متعددة متفاعلة خلال الطور البيني. يقع Cdr2 في قمة هذا التسلسل الهرمي ويعمل قبل Cdr1 وBlt1. [ 14 ] يتم تحفيز الانقسام المتساوي من خلال التنظيم السلبي لـ Wee1 بواسطة Cdr2. كما ثبت أن Cdr2 يستقطب Wee1 إلى العقدة القشرية الوسطى. لم يتم اكتشاف آلية هذا الاستقطاب بعد. طفرة في كيناز Cdr2، قادرة على التمركز بشكل صحيح على الرغم من فقدان وظيفتها في الفسفرة، تعطل استقطاب Wee1 إلى القشرة الوسطى وتؤخر الدخول في الانقسام المتساوي. وبالتالي، يتمركز Wee1 مع شبكته المثبطة، مما يدل على أن الانقسام المتساوي يتم التحكم فيه من خلال التنظيم السلبي لـ Wee1 المعتمد على Cdr2 في العقد القشرية الوسطى. [ 14 ]

عوامل استقطاب الخلية

توفر عوامل استقطاب الخلية، المتمركزة عند أطراف الخلية، إشارات مكانية تحد من توزيع Cdr2 في منتصف الخلية. في خميرة الانشطار Schizosaccharomyces pombe ( S. Pombe )، تنقسم الخلايا بحجم محدد وقابل للتكرار أثناء الانقسام المتساوي نتيجةً للنشاط المنظم لـ Cdk1. [ 15 ] يتمركز بروتين كيناز استقطاب الخلية Pom1 ، وهو أحد أفراد عائلة كينازات DYRK (كينازات فسفرة التيروزين ثنائية التخصص)، عند أطراف الخلية. في الخلايا التي تم فيها تعطيل جين Pom1، لم يعد Cdr2 محصورًا في منتصف الخلية، بل انتشر بشكل واسع في نصفها. من هذه البيانات، يتضح أن Pom1 يوفر إشارات مثبطة تحصر Cdr2 في منتصف الخلية. وقد ثبت أيضًا أن الإشارات المعتمدة على Pom1 تؤدي إلى فسفرة Cdr2. كما تبين أن الخلايا التي تم تعطيل جين Pom1 فيها تنقسم بحجم أصغر من الخلايا الطبيعية، مما يشير إلى دخول مبكر في الانقسام المتساوي. [ 14 ]

يشكل بروتين Pom1 تدرجات قطبية تبلغ ذروتها عند نهايات الخلية، مما يُظهر ارتباطًا مباشرًا بين عوامل التحكم في الحجم وموقع فيزيائي محدد داخل الخلية. [ 16 ] مع نمو الخلية، يزداد تدرج تركيز Pom1. عندما تكون الخلايا صغيرة، ينتشر Pom1 بشكل واسع في جميع أنحاء جسم الخلية. ومع ازدياد حجم الخلية، يقل تركيز Pom1 في المنتصف ويتركز عند نهاياتها. الخلايا الصغيرة في المرحلة G2 المبكرة، والتي تحتوي على مستويات كافية من Pom1 في جميع أنحاء الخلية، يكون Cdr2 فيها غير نشط، وبالتالي لا تستطيع الدخول في الانقسام المتساوي. لا يتم تنشيط Cdr2 في العقد القشرية الوسطى إلا عندما تنمو الخلايا إلى المرحلة G2 المتأخرة، حيث يقتصر Pom1 على نهايات الخلية، مما يسمح له ببدء تثبيط Wee1. تُظهر هذه النتيجة كيف يلعب حجم الخلية دورًا مباشرًا في تنظيم بدء الانقسام المتساوي. في هذا النموذج، يعمل Pom1 كحلقة وصل جزيئية بين نمو الخلية ودخولها في الانقسام المتساوي عبر مسار Cdr2-Cdr1-Wee1-Cdk1. [ 14 ] ينقل التدرج القطبي لبروتين Pom1 بنجاح معلومات حول حجم الخلية وشكلها الهندسي إلى نظام تنظيم Cdk1. ومن خلال هذا التدرج، تضمن الخلية أنها قد وصلت إلى حجم محدد وكافٍ للدخول في الانقسام المتساوي.

أنظمة تجريبية أخرى لدراسة تنظيم حجم الخلية

إحدى الوسائل الشائعة لإنتاج خلايا كبيرة جدًا هي اندماج الخلايا لتكوين الخلايا المتعددة النوى . على سبيل المثال، تتكون خلايا العضلات الهيكلية الطويلة جدًا (عدة بوصات) من اندماج آلاف الخلايا العضلية . وقد كشفت الدراسات الجينية على ذبابة الفاكهة (دروسوفيلا) عن عدة جينات ضرورية لتكوين خلايا عضلية متعددة النوى عن طريق اندماج الخلايا العضلية الأولية . [ 17 ] بعض البروتينات الرئيسية مهمة لالتصاق الخلايا العضلية، وبعضها الآخر يشارك في نقل الإشارات بين الخلايا المعتمد على الالتصاق، مما يسمح بسلسلة من أحداث اندماج الخلايا.

إن زيادة حجم الخلايا النباتية أمر معقد نظراً لوجود معظمها داخل جدار خلوي صلب . وتحت تأثير بعض الهرمونات النباتية، يمكن إعادة تشكيل الجدار الخلوي، مما يسمح بزيادة حجم الخلايا، وهو أمر بالغ الأهمية لنمو بعض الأنسجة النباتية.

معظم الكائنات وحيدة الخلية مجهرية الحجم، لكن توجد بعض البكتيريا والبروتوزوا العملاقة التي يمكن رؤيتها بالعين المجردة. (انظر جدول أحجام الخلايا - تجمعات كثيفة من بكتيريا الكبريت العملاقة في رواسب الجرف القاري الناميبي [ 18 ] - طلائعيات كبيرة من جنس Chaos ، وثيقة الصلة بجنس الأميبا ).

في البكتيريا العصوية الشكل ، مثل الإشريكية القولونية ، والكولوباكتر كريسينتوس، والعصوية الرقيقة، يُتحكم في حجم الخلية بآلية بسيطة، حيث يحدث انقسام الخلية بعد إضافة حجم ثابت منذ الانقسام السابق. [ 19 ] [ 20 ] وبنموها الدائم بنفس المقدار، تتقارب الخلايا التي تولد أصغر أو أكبر من المتوسط ​​بشكل طبيعي إلى حجم متوسط ​​يعادل المقدار المضاف خلال كل جيل.

انقسام الخلية

التكاثر الخلوي لا جنسي . بالنسبة لمعظم مكونات الخلية، يكون النمو عملية ثابتة ومستمرة، لا تنقطع إلا لفترة وجيزة في طور الانقسام المتساوي عندما تنقسم النواة ثم الخلية إلى قسمين.

تتألف عملية انقسام الخلية، التي تُسمى دورة الخلية ، من أربعة أجزاء رئيسية تُسمى مراحل. المرحلة الأولى، وتُسمى المرحلة G1، تتميز بتخليق العديد من الإنزيمات اللازمة لتضاعف الحمض النووي (DNA). المرحلة الثانية من دورة الخلية هي المرحلة S، حيث ينتج عن تضاعف الحمض النووي مجموعتين متطابقتين من الكروموسومات . المرحلة الثالثة هي المرحلة G2، التي يحدث فيها تخليق بروتيني كبير ، يشمل بشكل أساسي إنتاج الأنيبيبات الدقيقة اللازمة لعملية الانقسام، والتي تُسمى الانقسام المتساوي (الميتوزي) . المرحلة الرابعة، وهي المرحلة M، تتكون من انقسام النواة ( الانقسام النووي ) وانقسام السيتوبلازم ( الانقسام السيتوبلازمي )، مصحوبًا بتكوين غشاء خلوي جديد . هذا هو الانقسام الفيزيائي للخلايا الأم والخلايا البنت. تُقسم المرحلة M إلى عدة مراحل متميزة، تُعرف بالتسلسل باسم الطور التمهيدي ، والطور ما قبل الاستوائي ، والطور الاستوائي ، والطور الانفصالي ، والطور النهائي الذي يؤدي إلى الانقسام السيتوبلازمي.

يُعد انقسام الخلايا في حقيقيات النوى أكثر تعقيدًا منه في الكائنات الحية الأخرى. تتكاثر الخلايا بدائية النوى ، مثل الخلايا البكتيرية ، عن طريق الانشطار الثنائي ، وهي عملية تتضمن تضاعف الحمض النووي، وانفصال الكروموسومات، وانقسام السيتوبلازم. أما انقسام الخلايا حقيقية النوى فيتضمن إما الانقسام المتساوي أو عملية أكثر تعقيدًا تُسمى الانقسام الاختزالي . يُطلق على الانقسام المتساوي والانقسام الاختزالي أحيانًا اسم عمليتي انقسام النواة . يُشبه الانشطار الثنائي تكاثر الخلايا حقيقية النوى الذي يتضمن الانقسام المتساوي، حيث يؤدي كلاهما إلى إنتاج خليتين بنويتين تحملان نفس عدد الكروموسومات الموجودة في الخلية الأم. يُستخدم الانقسام الاختزالي في عملية تكاثر خاصة بالكائنات ثنائية المجموعة الكروموسومية ، حيث يُنتج أربع خلايا بنوية خاصة ( أمشاج ) تحتوي على نصف كمية الحمض النووي الخلوية الطبيعية. بعد ذلك، يمكن أن يتحد مشيج ذكري مع مشيج أنثوي لتكوين زيجوت ، وهي خلية تحتوي بدورها على الكمية الطبيعية من الكروموسومات.

يتناول الجزء المتبقي من هذه المقالة مقارنة بين السمات الرئيسية لأنواع التكاثر الخلوي الثلاثة التي تشمل الانشطار الثنائي، والانقسام المتساوي، والانقسام الاختزالي. يوضح الرسم البياني أدناه أوجه التشابه والاختلاف بين هذه الأنواع الثلاثة من التكاثر الخلوي.

نمو الخلايا

مقارنة بين أنواع انقسام الخلايا الثلاثة

يتضاعف محتوى الحمض النووي (DNA) في الخلية عند بدء عملية التكاثر. قبل تضاعف الحمض النووي ، يُرمز إلى محتوى الحمض النووي في الخلية بالرمز Z (حيث تحتوي الخلية على Z كروموسوم). بعد عملية التضاعف، يصبح محتوى الحمض النووي في الخلية 2Z (الضرب: 2 × Z = 2Z). خلال الانشطار الثنائي والانقسام المتساوي، ينفصل محتوى الحمض النووي المتضاعف للخلية الأم المتكاثرة إلى نصفين متساويين، يؤول كل منهما إلى الخليتين البنتين. المرحلة الأخيرة من عملية التكاثر هي انقسام الخلية ، حيث تنفصل الخليتان البنتان فعليًا عن الخلية الأم. خلال الانقسام الاختزالي، تحدث مرحلتان من انقسام الخلية تُنتجان معًا أربع خلايا بنتين.

بعد اكتمال الانشطار الثنائي أو التكاثر الخلوي الذي يتضمن الانقسام المتساوي، تحتوي كل خلية ابنة على نفس كمية الحمض النووي (Z) التي كانت في الخلية الأم قبل تضاعف حمضها النووي. ينتج عن هذين النوعين من التكاثر الخلوي خليتان ابنتان لهما نفس عدد الكروموسومات الموجودة في الخلية الأم. تتضاعف الكروموسومات قبل انقسام الخلية عند تكوين خلايا جلدية جديدة للتكاثر. بعد التكاثر الخلوي بالانقسام الاختزالي، تحتوي الخلايا الابنة الأربع على نصف عدد الكروموسومات التي كانت في الخلية الأم في الأصل. هذه هي الكمية الأحادية من الحمض النووي، والتي يُرمز لها غالبًا بالرمز N. يستخدم الانقسام الاختزالي من قبل الكائنات ثنائية المجموعة الكروموسومية لإنتاج الأمشاج الأحادية المجموعة الكروموسومية. في كائن ثنائي المجموعة الكروموسومية مثل الإنسان، تحتوي معظم خلايا الجسم على الكمية الثنائية من الحمض النووي، 2N. باستخدام هذا الترميز لحساب الكروموسومات، نقول إن الخلايا الجسدية البشرية تحتوي على 46 كروموسومًا (2N = 46)، بينما تحتوي الحيوانات المنوية والبويضات البشرية على 23 كروموسومًا (N = 23). يمتلك الإنسان 23 نوعًا مختلفًا من الكروموسومات، منها 22 كروموسومًا جسديًا ، بالإضافة إلى فئة خاصة من الكروموسومات الجنسية . يوجد نوعان رئيسيان من الكروموسومات الجنسية: الكروموسوم X والكروموسوم Y. تحتوي الخلية البشرية ثنائية المجموعة الكروموسومية على 23 كروموسومًا من الأب و23 من الأم. أي أن جسمك يحتوي على نسختين من الكروموسوم البشري رقم 2، واحدة من كل من والديك.

الكروموسومات

مباشرةً بعد تضاعف الحمض النووي، تحتوي الخلية البشرية على 46 كروموسومًا مزدوجًا. يحتوي كل كروموسوم مزدوج على نسختين من جزيء الحمض النووي الخاص به. خلال الانقسام المتساوي، تنقسم الكروموسومات المزدوجة لإنتاج 92 كروموسومًا مفردًا، يذهب نصفها إلى كل خلية ابنة. أما خلال الانقسام الاختزالي، فتتم عملية فصل الكروموسومات على مرحلتين، مما يضمن حصول كل خلية من الخلايا الابنة الأربع على نسخة واحدة من كل نوع من أنواع الكروموسومات الـ 23.

التكاثر الجنسي

على الرغم من أن التكاثر الخلوي باستخدام الانقسام المتساوي (الميتوزي) يُمكن أن يُنتج خلايا حقيقية النواة، إلا أن حقيقيات النوى تُفضل عملية الانقسام الاختزالي الأكثر تعقيدًا، لأن التكاثر الجنسي، كالانقسام الاختزالي، يُوفر ميزة انتقائية . لاحظ أنه عند بدء الانقسام الاختزالي، تكون نسختا الكروماتيد الشقيق رقم 2 متجاورتين. خلال هذه الفترة، قد تحدث عمليات إعادة تركيب جيني . تنتقل المعلومات من الحمض النووي للكروموسوم 2، المُكتسب من أحد الأبوين (باللون الأحمر)، إلى جزيء الحمض النووي للكروموسوم 2، المُكتسب من الأب الآخر (باللون الأخضر). لاحظ أنه في الانقسام المتساوي، لا تتفاعل نسختا الكروموسوم 2. تُعد إعادة تركيب المعلومات الجينية بين الكروموسومات المتماثلة أثناء الانقسام الاختزالي عملية لإصلاح تلف الحمض النووي . يُمكن لهذه العملية أيضًا أن تُنتج تراكيب جينية جديدة، قد يكون بعضها مفيدًا تكيفيًا ويؤثر على مسار التطور. ومع ذلك، في الكائنات الحية التي تحتوي على أكثر من مجموعة واحدة من الكروموسومات في المرحلة الرئيسية من دورة الحياة، قد يوفر الجنس أيضًا ميزة لأنه في ظل التزاوج العشوائي، فإنه ينتج عنه أفراد متماثلة الزيجوت وأفراد غير متماثلة الزيجوت وفقًا لنسبة هاردي-واينبرغ .

الاضطرابات

قد تحدث سلسلة من اضطرابات النمو على المستوى الخلوي، وتُشكل هذه الاضطرابات أساسًا لجزء كبير من مسار السرطان اللاحق ، حيث تُظهر مجموعة من الخلايا نموًا وانقسامًا غير مُنضبط يتجاوز الحدود الطبيعية، وغزوًا (اختراقًا للأنسجة المجاورة وتدميرها)، وأحيانًا انتشارًا (انتقالًا إلى مواقع أخرى في الجسم عبر اللمف أو الدم). وتتعرض العديد من المحددات الرئيسية لنمو الخلايا، مثل عدد الصبغيات وتنظيم استقلاب الخلايا ، للاضطراب في الأورام . [ 21 ] لذلك، يُعد النمو الخلوي غير المتجانس وتعدد الأشكال من أوائل العلامات المميزة لتطور السرطان . [ 22 ] [ 23 ] على الرغم من شيوع تعدد الأشكال في الأمراض البشرية، إلا أن دوره في تطور المرض غير واضح. في الأنسجة الظهارية ، يمكن أن يؤدي سوء تنظيم حجم الخلايا إلى عيوب في التراص الخلوي وتشتت الخلايا الشاذة. [ 24 ] لكن عواقب النمو الخلوي غير النمطي في أنسجة الحيوانات الأخرى غير معروفة.

طرق القياس

يمكن رصد نمو الخلايا باستخدام طرق متنوعة. يُمكن تصوير زيادة حجم الخلية بالمجهر باستخدام أصباغ مناسبة. لكن الزيادة في عدد الخلايا عادةً ما تكون أكثر أهمية. يُمكن قياسها بالعد اليدوي للخلايا تحت المجهر، باستخدام طريقة استبعاد الصبغة (مثل صبغة التريبان الأزرق ) لحساب الخلايا الحية فقط. تشمل الطرق الأقل تعقيدًا والقابلة للتطبيق على نطاق واسع استخدام أجهزة قياس التدفق الخلوي ، بينما يسمح قياس التدفق الخلوي بدمج تعداد الخلايا ("الأحداث") مع معايير محددة أخرى: تسمح المجسات الفلورية للأغشية أو السيتوبلازم أو النوى بالتمييز بين الخلايا الميتة والحية، وأنواع الخلايا، وتمايز الخلايا، والتعبير عن مؤشر حيوي مثل Ki67 . الكتلة الكلية للخلية، التي تشمل كتلة جميع مكوناتها بما في ذلك محتواها المائي، هي قيمة متغيرة، ويمكن قياسها في الوقت الفعلي وتتبعها على مدار ساعات أو حتى أيام باستخدام ميزان دقيق بالقصور الذاتي. [ 25 ] [ 26 ] يمكن قياس الكتلة الطافية للخلية، والتي تعادل الكتلة الكلية للخلية مطروحًا منها كتلة السائل الذي تزيحه، باستخدام رنانات القنوات الدقيقة المعلقة. [ 27 ]

إلى جانب زيادة عدد الخلايا، يمكن تقييم نمو النشاط الأيضي، وذلك باستخدام فحوصات CFDA و calcein -AM (قياس التألق) لقياس ليس فقط وظائف الغشاء (احتفاظ الصبغة)، بل أيضًا وظائف الإنزيمات السيتوبلازمية (الإسترازات). أما فحوصات MTT (قياس الألوان) وفحص الريزازورين (قياس التألق) فتقيس جهد الأكسدة والاختزال للميتوكوندريا.

قد تتطابق جميع هذه الاختبارات بشكل جيد، أو لا، اعتمادًا على ظروف نمو الخلايا والجوانب المطلوبة (النشاط، التكاثر). وتزداد المهمة تعقيدًا عند التعامل مع مجموعات من الخلايا المختلفة، فضلًا عن الجمع بين عوامل تثبيط نمو الخلايا أو سميتها .

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 كونلون، إيان؛ راف، مارتن (1999). "التحكم في الحجم في نمو الحيوان" . الخلية . 96 (2): 235-244 . Bibcode : 1999Cell...96..235C . doi : 10.1016 / S0092-8674(00)80563-2 . ISSN 0092-8674 . PMID 9988218. S2CID 15738174 .   
  2. ↑ غريوال، سافراج س؛ إدغار، بروس أ (2003). "التحكم في انقسام الخلايا في الخميرة والحيوانات: هل الحجم مهم؟" . مجلة علم الأحياء . 2 (1): 5. doi : 10.1186/1475-4924-2-5 . ISSN 1475-4924 . PMC 156596. PMID 12733996 .   
  3. ↑ نيوفيلد، توماس ب؛ دي لا كروز، عايدة فلور أ؛ جونستون، لورا أ؛ إدغار، بروس أ (1998). " تنسيق النمو وانقسام الخلايا في جناح ذبابة الفاكهة" . الخلية . 93 (7): 1183-1193 . رمز Bibcode : 1998Cell...93.1183N . doi : 10.1016/S0092-8674(00)81462-2 . ISSN 0092-8674 . PMID 9657151. S2CID 14608744 .   
  4. ↑ تومسون، باري ج. (2010). "التحكم النمائي في نمو الخلايا وانقسامها في ذبابة الفاكهة". الرأي الحالي في بيولوجيا الخلية . 22 (6): 788-794 . doi : 10.1016/j.ceb.2010.08.018 . PMID 20833011 . 
  5. ↑ هافن، إي. (2004). "التفاعل بين عامل النمو وإشارات المغذيات: دروس من TOR في ذبابة الفاكهة". TOR . موضوعات حديثة في علم الأحياء الدقيقة وعلم المناعة. المجلد 279. الصفحات 153-167 . doi : 10.1007/978-3-642-18930-2_10 . ISBN   978-3-642-62360-8ISSN 0070-217X . PMID 14560957 .​  
  6. ↑ علي إي، ليبونسكا أ، أوهارا ب، أميتشي د، تورنو م، غاو ب، أسارا ج، ياب إم إن إف، مينديلو م، بن صحراء إي (يونيو 2022). "محور mTORC1-SLC4A7 يحفز استيراد البيكربونات لتعزيز تخليق النيوكليوتيدات من الصفر" . الخلية الجزيئية . 82 (1): 3284-3298.e7. doi : 10.1016/j.molcel.2022.06.008 . PMC 9444906. PMID 35772404 .  
  7. ↑ ميتشيسون، ج. م. (2003). النمو خلال دورة الخلية . المجلة الدولية لعلم الخلايا. المجلد 226. الصفحات 165-258 . doi : 10.1016/S0074-7696(03)01004-0 . ISBN   978-0-12-364630-9PMID 12921238​​ 
  8. ↑ كوبر، ستيفن (2004). "التحكم في حجم خلايا الثدييات والحفاظ عليه" . مجلة بي إم سي لبيولوجيا الخلية . 5 (1) 35. doi : 10.1186/1471-2121-5-35 . PMC 524481. PMID 15456512 .  
  9. ↑ بيبلو، مارك (23 مارس 2005). "الطحالب تُنتج مادة لاصقة لإصلاح تلف الخلايا" . Nature.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 يوليو 2016 .
  10. ↑ سلافوف ن.؛ بوتستين د. (يونيو 2011). "الترابط بين استجابة معدل النمو، والدورة الأيضية، ودورة انقسام الخلية في الخميرة" . علم الأحياء الجزيئي للخلية . 22 (12): 1997-2009 . doi : 10.1091/mbc.E11-02-0132 . PMC 3113766. PMID 21525243 .  
  11. ↑ تتميزطفرات Wee1 في فطر S. pombe بصغر حجم الخلايا ، كما أن البروتينات المتماثلة في البشر تنظم دخول الخلية في الانقسام المتساوي ؛ في: Lodish HF, Berk A, Zipursky LS, Matsudaira P, et al., eds. (2000). Molecular cell biology (4th ed.). New York: WH Freeman. ISBN   978-0-7167-3136-8.
  12. ↑ وو إل، راسل ب (يونيو 1993) . "كيناز Nim1 يعزز الانقسام الخلوي عن طريق تعطيل كيناز التيروسين Wee1". نيتشر . 363 (6431): 738-41 . Bibcode : 1993Natur.363..738W . doi : 10.1038/363738a0 . PMID 8515818. S2CID 4320080 .  
  13. ↑ وو جيه كيو، كون جيه آر، كوفار دي آر، بولارد تي دي (نوفمبر 2003). "المسار المكاني والزماني لتجميع وانقباض الحلقة الانقباضية في انقسام خلايا الخميرة الانشطارية" . ديف. سيل . 5 (5): 723-34 . doi : 10.1016/S1534-5807(03)00324-1 . PMID 14602073 . 
  14. 1 2 3 4 موسلي جيه بي، مايوكس إيه، باوليتي إيه، نيرس بي (يونيو 2009). "تدرج مكاني يُنسق حجم الخلية ودخولها في الانقسام المتساوي في خميرة الانشطار". نيتشر . 459 ( 7248): 857-60 . Bibcode : 2009Natur.459..857M . doi : 10.1038/nature08074 . PMID 19474789. S2CID 4330336 .  
  15. ↑ روبس، آي (سبتمبر 2002). "فحص حجم الخلية في الخميرة". تريندز جينيت . 18 (9): 479-485 . doi : 10.1016/S0168-9525(02)02745-2 . PMID 12175809 . 
  16. ↑ بادتي إن إن، مارتن إس جي، هوارد إم، تشانغ إف (ديسمبر 2006). "يُثبِّط عامل نهاية الخلية pom1p عامل mid1p في تحديد مستوى انقسام الخلية في الخميرة الانشطارية" . بيولوجيا حالية . 16 (24): 2480-2487 . رمز Bibcode : 2006CBio...16.2480P . doi : 10.1016/j.cub.2006.11.024 . PMID 17140794 . 
  17. ↑ مينون إس دي، عثمان زد، تشينشيل كيه، شيا دبليو (يونيو 2005). "حلقة تغذية راجعة إيجابية بين بروتينَي دمبفوندد ورولينغ بيبلز تؤدي إلى تضخم الأنابيب العضلية في ذبابة الفاكهة" . مجلة بيولوجيا الخلية . 169 (6): 909-20 . doi : 10.1083/jcb.200501126 . PMC 2171639. PMID 15955848 .  
  18. ↑ شولز إتش إن، برينكوف تي، فيردلمان تي جي، مارينيه إم إتش، تيسكي إيه، يورغنسن بي بي (أبريل 1999). "تجمعات كثيفة من بكتيريا كبريتية عملاقة في رواسب الجرف القاري الناميبي". مجلة ساينس . 284 (5413): 493-495 . Bibcode : 1999Sci...284..493S . doi : 10.1126/science.284.5413.493 . PMID 10205058. S2CID 32571118 .  
  19. ^ طاهري أراغي، س. براد، س؛ شاولس، ج.ت. هيل، NS؛ ليفين، بنسلفانيا؛ بولسون، ج. فيرغاسولا، م؛ يونيو، إس (فبراير 2015). "التحكم في حجم الخلية والتوازن في البكتيريا" . علم الأحياء الحالي . 25 (3): 385– 391. بيب كود : 2015CBio...25..385T . دوى : 10.1016/j.cub.2014.12.009 . بمك 4323405 . بميد 25544609 .  
  20. ↑ كامبوس، م؛ سوروفتسيف، إيف؛ كاتو، س؛ بينتداخي، أ؛ بلتران، ب؛ إبماير، إس إي؛ جاكوبس-فاغنر، س (ديسمبر 2014). "امتداد ثابت الحجم يقود إلى استتباب حجم الخلية البكتيرية" . الخلية . 159 (6): 1433-1446 . doi : 10.1016 / j.cell.2014.11.022 . PMC 4258233. PMID 25480302 .  
  21. ↑ شمولر، كورت م.؛ سكوتهايم، يان م. (ديسمبر 2015). "الأساس الحيوي للتحكم في حجم الخلية" . تريندز سيل بيول . 25 (12): 793-802 . doi : 10.1016/j.tcb.2015.10.006 . PMC 6773270. PMID 26573465 .  
  22. ↑ ترافيس، دبليو دي؛ برامبيلا، بي؛ بيرك، إيه بي؛ ماركس، إيه؛ نيكلسون، إيه جي (2015). تصنيف منظمة الصحة العالمية لأورام الرئة والجنبة والغدة الزعترية والقلب . ليون: الوكالة الدولية لأبحاث السرطان. ISBN 978-92-832-2436-5.
  23. ↑ النجار، أ.ك.؛ تشان، ج.ك.ك.؛ غرانديس، ج.ر.؛ تاكاتا، ت.؛ سلوتويج، ب.ج. (23 يناير 2017). تصنيف منظمة الصحة العالمية لأورام الرأس والرقبة . ليون: الوكالة الدولية لأبحاث السرطان (المعروفة أيضًا باسم أدمان). ISBN 978-92-832-2438-9أُرشف من المصدر الأصلي بتاريخ 31 أكتوبر 2019. تم الاطلاع عليه بتاريخ 31 أكتوبر 2019 .
  24. ↑ راماناثان، سوبرامانيان ب.؛ كراينك، ماتي؛ جيبسون، ماثيو س. (أكتوبر 2019). "تعدد أشكال حجم الخلية يحفز انتشارًا شاذًا للخلايا المستنسخة في الأنسجة الظهارية المتكاثرة" . خلية النمو . 51 (1): 49-61.e4. doi : 10.1016/j.devcel.2019.08.005 . PMC 6903429. PMID 31495693 .  
  25. ^ مارتينيز-مارتن، ديفيد؛ فلاشنر، جوتهولد؛ جوب، بنيامين؛ مارتن، ساشا؛ نيوتن، ريتشارد. بيرلي، كورينا؛ ميرسر، جيسون. جربر، كريستوف. مولر، دانيال ج. (أكتوبر 2017). "التوازن البيكوبالي بالقصور الذاتي يكشف عن تقلبات جماعية سريعة في خلايا الثدييات" . طبيعة . 550 (7677): 500– 505. بيب كود : 2017Natur.550..500M . دوى : 10.1038 / طبيعة 24288 . ردمك 1476-4687 . بميد 29072271 .  
  26. ↑ كوني، أندرياس ب.؛ تانوج سابرا، ك.؛ مارتينيز-مارتن، ديفيد؛ فلاشنر، جوتهولد؛ آدامز، جوناثان د.؛ مارتن، ساشا؛ جيربر، كريستوف؛ رودولف، فابيان؛ مولر، دانيال ج. (22 يونيو 2022). "قياسات الكتلة عالية الدقة لخميرة التبرعم المفردة تكشف عن قطاعات نمو خطية" . نيتشر كوميونيكيشنز . 13 (1): 3483. Bibcode : 2022NatCo..13.3483C . doi : 10.1038/s41467-022-30781-y . ISSN 2041-1723 . PMC 9217925. PMID 35732645 .   
  27. ↑ بورغ، توماس ب.؛ غودين، ميشيل؛ كنودسن، سكوت م.؛ شين، وينجيانغ؛ كارلسون، غريغ؛ فوستر، جون س.؛ بابكوك، كين؛ ماناليس، سكوت ر. (أبريل 2007). "وزن الجزيئات الحيوية والخلايا المفردة والجسيمات النانوية المفردة في السوائل" . مجلة نيتشر . 446 (7139): 1066-1069 . Bibcode : 2007Natur.446.1066B . doi : 10.1038/nature05741 . hdl : 11858/00-001M-0000-0014-9C58-F . ISSN 1476-4687 . PMID 17460669 .  

الكتب

  • مورغان، ديفيد أو. (2007). دورة الخلية: مبادئ التحكم . لندن: سندرلاند، ماساتشوستس. ISBN 978-0-9539181-2-6.