Nucleaire deling (mitose) van cellen van eukaryote organismen met replicatie van DNA kan worden onderverdeeld in vier hoofdfasen. De tweede hoofdfase wordt metafase genoemd, waarbij chromosomen samentrekken in een spiraalpatroon en positioneren zichzelf in het equatoriale vlak op ongeveer gelijke afstanden van beide tegenoverliggende polen. De spilvezels, beginnend bij beide polen, zijn verbonden met de centromeren van de chromosomen.
Wat is metafase?
Metafase is de tweede van vier hoofdfasen waarin de nucleaire deling van eukaryote cellen, mitose genaamd, kan worden onderverdeeld. Tijdens metafase, de rangschikking van chromosomen in het zogenaamde equatoriale vlak of metafaseplaat is kenmerkend. Elk individueel chromosoom bestaat uit vier chromatiden, waarvan er twee ‘identiek van constructie’ zijn. De chromatiden worden aanvankelijk nog bij elkaar gehouden door hun gemeenschappelijke centromeer. Kleine eiwitstructuren vormen zich op de centromeren waaraan de vezels van de spilpolen zich hechten om de zusterchromatiden naar de respectieve tegenoverliggende polen te trekken. Het uit elkaar halen van de chromatiden behoort al tot anafase, dat volgt op metafase. Tijdens de metafase worden alle voorbereidingen getroffen die nodig zijn om de chromatiden van de centromeren los te maken om naar de polen te worden getrokken. Alleen wanneer alle centromeren zijn verbonden met de overeenkomstige poolvezels of microtubuli, worden de bindingen van de chromatiden aan hun centromeer vrijgegeven, zodat hun verzending naar de respectieve pool kan beginnen.
Functie en taak
In het menselijk lichaam is er een voortdurende behoefte aan groei op basis van celproliferatie, die meestal het principe van celdeling volgt. In genucleëerde cellen van eencellige en meercellige organismen (eukaryoten) omvatten delingen de deling van het cytoplasma en hun kernen. De twee dochtercellen die het resultaat zijn van de deling zijn ook qua diploïde chromosoomset identiek aan de respectieve “moedercel”, zodat de groei van bepaalde weefsels in het lichaam op basis van niet-seksuele celdeling theoretisch onbeperkt is, op voorwaarde dat de delingsproces wordt niet onderbroken of beëindigd door groeiremmende stoffen. Ook geassocieerd met het celdelingsproces is het nucleaire delingsproces dat bekend staat als mitose. Binnen mitose wordt de tweede van in totaal vier hoofdfasen metafase genoemd. Het is een belangrijke schakel binnen het nucleaire splitsingsproces. Metafase is belangrijk voor het positioneren van de chromatiden van de dubbele set chromosomen in het equatoriale vlak of metaplaat zodanig dat ze door de microtubuli-filamenten in de volgende anafase naar de twee polen kunnen worden getrokken. Een bijzonder belangrijke functie van metafase is het controleren (checkpoint) en bewaken van de spilvezels (microtubuli) die zich uitstrekken vanaf de polen. Er moet voor worden gezorgd dat de microtubuli in elk geval op de "juiste" centromeer zijn aangesloten. Dit is om ervoor te zorgen dat de twee sets chromosomen die zich bij de polen groeperen tijdens de volgende anafase absoluut identiek zijn. Dit kan alleen worden bereikt door één chromatide van een chromosoom op elk van de twee polen te hebben nadat nucleaire deling heeft plaatsgevonden. Als er bijvoorbeeld twee identieke zusterchromatiden aan een van de twee polen zouden zijn gelokaliseerd en aan de andere pool zouden ontbreken, zouden er aanzienlijke verstoringen zijn met de onmogelijkheid van verdere celgroei of ongeremde groei. In het geval van parenchymcellen zou er een verlies zijn van de specifieke functionele capaciteit van de cellen.
Ziekten en aandoeningen
Mitose belichaamt een zeer complex proces dat, binnen de replicatie van DNA-strengen en de distributie van chromatiden aan de twee polen, het risico van fouten met soms verstrekkende gevolgen met zich meebrengt. Zo kan 'onjuiste' aanhechting van microtubuli aan de kinetochoren van centromeren relatief vaak voorkomen. Bepaalde kinetochoren kunnen bijvoorbeeld vrij blijven, dwz niet verbonden met een microtubulus, of beide chromatiden kunnen op hun centromeren zijn verbonden met microtubuli van dezelfde pool. Een van de belangrijkste functies van metafase ligt bij het controleren op "correcte" en volledige aanhechting van microtubuli aan kinetochoren. De chromosomen in anafase worden normaal gesproken niet vrijgegeven totdat de controle van de spilvezels succesvol is en alle kinetochoren een correcte bevestiging signaleren. Het mitotische controlepunt wordt gerealiseerd door een groep gespecialiseerde eiwitten die de overgang naar anafase onderdrukken of verzilveren als de adhesie niet overeenkomt met het setpoint. Het proces is enigszins vergelijkbaar met een pitstop bij een Formule 1-race, wanneer alle vier de monteurs zich volledig moeten melden na het wisselen van het wiel voordat de Formule 1-coureur weer kan opstijgen. Een ander groot probleem doet zich voor wanneer er fouten optreden tijdens het splitsen van de DNA-strengen. Dit kan leiden op een functieverlies van de cellen en op continue snelle of langzame verdere mitoses die niet langer reageren op endogene groeiremmers. Ongeremde groei kenmerkt goedaardige (goedaardige) of kwaadaardige (kwaadaardige) tumoren. Verdere problemen kunnen ontstaan door DNA-methylering. Tijdens het splitsen van DNA-strengen kan de activiteit van DNA-methyltransferasen leiden aan de toevoeging van methylgroepen (-CH3) aan het DNA. Het proces komt niet overeen met een gen mutatie in de conventionele zin, maar het komt wel overeen met een epigenetische verandering in het aangetaste gen. De "gen methylering ”leidt meestal tot fenotypisch herkenbare veranderingen bij het getroffen individu en wordt meestal doorgegeven aan de volgende celgeneraties - vergelijkbaar met een overerving. In hoeverre de ontwikkeling van goedaardige en kwaadaardige tumoren en DNA-methylatie kan worden toegeschreven aan processen binnen metafase, is onvoldoende onderzocht.
