自然界の例 モデル生物 で広く研究されてきた内複製細胞型
内重複、内有糸分裂、多糸化内重複、内有糸分裂、多糸化は、制御された方法で細胞の多倍体化をもたらす 3 つの異なるプロセスです。内重複では、細胞はS 期を数回完了した後、 G 2期で有糸 分裂 細胞周期から離脱することによりM 期を 完全にスキップし、単核多倍体細胞になります。細胞は、S 期の繰り返しごとに各染色体のコピーが 2 倍になります。[ 17 ] 内有糸分裂は、有糸分裂が開始されますが、後期で停止するため、細胞質分裂が完了しないタイプの細胞周期変異です。細胞は、内重複を起こしている細胞とは対照的に、複数の核を持つことになります。[ 17 ] [ 18 ] したがって、細胞が有糸分裂をどの程度進めるかによって、単核または二核の 多倍体細胞が生じます。多糸化は、一部のゲノム領域の増幅不足または過剰増幅によって生じ、多糸染色体 が生成されます。[ 3 ] [ 4 ]
内周期と内有糸分裂
生物学的意義 エンドリデューシブが発生する細胞の種類が非常に多いことから、この現象の機能的重要性を説明するためにさまざまな仮説が立てられてきた。[ 1 ] [ 2 ] 残念ながら、これらの結論を裏付ける実験的証拠はやや限られている。
ゲノムのバッファリング 別の仮説としては、エンドリデューシングは重要な遺伝子 の余分なコピーを提供するので、DNA損傷 や突然変異 に対する緩衝材となるというものがある。[ 1 ] しかし、この考えは純粋に推測に過ぎず、反証となる証拠は限られている。例えば、多倍体酵母株の分析では、 二倍体 株よりも放射線 に対して感受性が高いことが示唆されている。 [ 25 ]
ストレス反応 植物の研究によると、 内重複はストレス応答の調節にも役割を果たしている可能性がある。E2fe (植物における内周期抑制因子)の発現を操作することで、研究者らは細胞倍数性の増加が干ばつストレスによる葉の大きさへの悪影響を軽減することを実証できた。[ 26 ] 植物の定着生活様式は環境条件への適応能力を必要とするため、広範な倍数体化が植物の発生可塑性に寄与していると推測するのは魅力的である。
単性脊椎動物における減数分裂前期の核内分裂 単性生殖を行うサンショウウオ(Ambystoma 属)は、約500万年前に出現した、既知の単性生殖脊椎動物系統の中で最も古いものです。[ 45 ] これらの倍数体の単性生殖雌では、ゲノムの余分な減数分裂前内分裂複製により染色体の数が倍増します。[ 46 ] その結果、2回の減数分裂後に生成される成熟卵は、成体雌サンショウウオの体細胞と同じ倍数性を持ちます。これらの単性生殖雌における減数分裂前期I中のシナプシスと組換えは、通常は同一の姉妹染色体間で起こり、まれに相同染色体間で起こると考えられています。したがって、遺伝的変異はほとんど、あるいは全く生じません。相同染色体間の組換えは、起こるとしてもまれです。[ 46 ]
参考文献 1 2 3 4 5 Edgar BA、Orr-Weaver TL (2001)。「 内複製細胞周期:より少ない労力でより多くの成果」。Cell。105 ( 3 ) : 297–306。doi : 10.1016 /S0092-8674(01) 00334-8。PMID 11348589 。 1 2 3 4 Lee HO、Davidson JM、Duronio RJ (2008)。 「 内複製:目的を持った倍数性」 。Genes & Development。23 ( 21 ) : 2461–77。doi : 10.1101 / gad.1829209。PMC 2779750。PMID 19884253 。 1 2 Edgar BA、Zielke N、Gutierrez C (2014-02-21)。「エンドサイクル:分裂後細胞成長のための反復的な進化的革新 」 。Nature Reviews Molecular Cell Biology。15 ( 3 ) : 197–210。doi : 10.1038 / nrm3756。ISSN 1471-0080。PMID 24556841。S2CID 641731 。 1 2 Orr-Weaver TL (2015). "大きい方が良い場合:器官形成における倍数性の役割" . Trends in Genetics . 31 (6): 307– 315. doi : 10.1016/j.tig.2015.03.011 . PMC 4537166 . PMID 25921783 . ↑ Galbraith DW、Harkins KR、Knapp S (1991)。 「 シロイヌナズナ における全身性内倍数性 」 。Plant Physiology。96 ( 3 ) : 985–9。doi : 10.1104 / pp.96.3.985。PMC 1080875。PMID 16668285 。 ↑ Storchova Z 、 Pellman D (2004) 。 「倍数性から異数性、ゲノム不安定性、そして癌へ」。Nature Reviews Molecular Cell Biology。5 ( 1 ): 45– 54。doi : 10.1038/ nrm1276。PMID 14708009。S2CID 11985415 。 ↑ Hammond MP、Laird CD (1985)。「 ショウジョウバエ の 唾液腺細胞におけるDNA複製制御と特定のDNA 配列 の 空間 分布 」 。Chromosoma。91 ( 3–4 ) : 279–286。doi : 10.1007 / BF00328223。PMID 3920018。S2CID 1515555 。 ↑ Hammond MP 、Laird CD (1985)。「ショウジョウバエの栄養細胞と卵胞細胞における 染色体 構造 と DNA 複製 」 。Chromosoma。91 ( 3–4 ) : 267–278。doi : 10.1007 / BF00328222。PMID 3920017。S2CID 7919061 。 ↑ Ravid K 、 Lu J 、 Zimmet JM、Jones MR ( 2002) 。 「 多倍体化への道:巨核球の例」。Journal of Cellular Physiology。190 (1): 7–20。doi : 10.1002/jcp.10035。PMID 11807806。S2CID 37297740 。 ↑ Wang MJ, Chen F, Lau JT, Hu YP (2017-05-18). "肝細胞の多倍体化と病態生理学的プロセスとの関連" . Cell Death & Disease . 8 (5): e2805. doi : 10.1038/cddis.2017.167 . PMC 5520697 . PMID 28518148 . ↑ Cross JC (2005). "胎盤の作り方:マウスにおける栄養膜細胞分化のメカニズム - 総説". Placenta . 26 : S3–9. doi : 10.1016/j.placenta.2005.01.015 . PMID 15837063 . ↑ Hulskamp M、Schnittger A、Folkers U (1999)。パターン形成と細胞分化:遺伝モデルシステムとして の シロイヌナズナのトリコーム 。International Review of Cytology。第186巻 、 147–178 頁。doi : 10.1016 /S0074-7696(08) 61053-0。ISBN 978-0-12-364590-6 PMID 9770299 1 2 Melaragno JE 、Mehrotra B、 Coleman AW (1993)。 「 シロイヌナズナ の表皮組織における内倍数性と細胞サイズ の 関係 」 。The Plant Cell。5 ( 11 ) : 1661–8。doi : 10.1105 / tpc.5.11.1661。JSTOR 3869747。PMC 160394。PMID 12271050 。 ↑ Sabelli PA 、Larkins BA ( 2009 )。 「イネ科植物 の胚乳 の 発達」 。Plant Physiology。149 (1 ) : 14– 26。doi : 10.1104 / pp.108.129437。PMC 2613697。PMID 19126691 。 1 2 Flemming AJ 、Shen Z、Cunha A 、Emmons SW、Leroi AM (2000)。 「線虫の体サイズ進化は体細胞倍数体化と細胞増殖によって促進さ れる 」 。PNAS。97 ( 10 ) : 5285–90。Bibcode : 2000PNAS ... 97.5285F。doi : 10.1073 / pnas.97.10.5285。PMC 25820。PMID 10805788 。 ↑ Hedgecock EM、White JG (1985 年1 月 )。「線虫 Caenorhabditis elegans の多倍体組織」。Developmental Biology。107 ( 1 ) : 128–133。doi : 10.1016 /0012-1606(85) 90381-1。ISSN 0012-1606。PMID 2578115 。 1 2 Zielke N 、Edgar BA 、DePamphilis ML (2013-01-01)。 「エンドレプリケーション」 。Cold Spring Harbor Perspectives in Biology。5 ( 1 ) a012948。doi : 10.1101 / cshperspect.a012948。ISSN 1943-0264。PMC 3579398。PMID 23284048 。 ↑ Shu Z、Row S 、 Deng WM (2018 年6 月 )。 「 内複製: 良い点、悪い点、醜い点」 。Trends in Cell Biology。28 ( 6 ): 465–474。doi : 10.1016 / j.tcb.2018.02.006。ISSN 0962-8924。PMC 5962415。PMID 29567370 。 1 2 Inze D、De Veylder L ( 2006)。「植物 発生 における細胞周期制御」。Annual Review of Genetics。40 : 77–105。doi : 10.1146 /annurev.genet.40.110405.090431。PMID 17094738 。 ↑ Bramsiepe J、Wester K、Weinl C、Roodbarkelari F、Kasili R、Larkin JC、Hulskamp M、Schnittger A (2010)。 Qu LJ (編)。 「エンドレプリケーションは細胞運命の維持を制御する」 。 PLOS ジェネティクス 。 6 (6) e1000996。 土井 : 10.1371/journal.pgen.1000996 。 PMC 2891705 。 PMID 20585618 。 ↑ Lozano E、Saez AG、Flemming AJ 、Cunha A 、Leroi AM (2006 ) 。 「線虫Caenorhabditis elegansにおける倍数性による成長の制御」 。Current Biology。16 ( 5 ) : 493–8。Bibcode : 2006CBio ...16..493L。doi : 10.1016 / j.cub.2006.01.048。PMID 16527744 。 ↑ Kondorosi E, Roudier F, Gendreau E (2000). "植物細胞サイズ制御:倍数性による成長?" Current Opinion in Plant Biology . 3 (6): 488– 492. Bibcode : 2000COPB....3..488K . doi : 10.1016/S1369-5266(00)00118-7 . PMID 11074380 . ↑ Maines JZ 、Stevens LM、Tong X、Stein D ( 2004)。 「 ショウジョウバエの dMyc は卵巣細胞 の 成長と内 複製に必要である」 。Development。131 (4): 775–786。doi : 10.1242/ dev.00932。PMID 14724122 。 ↑ Leiva-Neto JT、Grafi G、Sabelli PA、Dante RA、Woo YM、Maddock S、Gordon-Kamm WJ、Larkins BA (2004)。 「サイクリン依存 性 キナーゼAの優性阻害変異体はトウモロコシ胚乳の内重複を減少させるが、細胞サイズや遺伝子発現は減少さ せ ない 」 。The Plant Cell。16 ( 7 ) : 1854–69。Bibcode : 2004PlanC..16.1854L。doi : 10.1105 / tpc.022178。PMC 514166。PMID 15208390 。 ↑ Mortimer RK (1958). " Saccharomyces cerevisiae の多倍体系列 (一倍体から六倍体) に関する放射線生物学的および遺伝学的研究 " . Radiation Research . 9 (3): 312– 326. Bibcode : 1958RadR....9..312M . doi : 10.2307/3570795 . JSTOR 3570795 . PMID 13579200 . S2CID 37053611 . ↑ Cookson SJ、Radziejwoski A、Granier C (2006)。 「 シロイヌナズナ における細胞および葉のサイズの可塑性 :内複製 の 役割とは?」 。 Plant , Cell and Environment。29 ( 7 ) : 1273–83。Bibcode : 2006PCEnv..29.1273C。doi : 10.1111 / j.1365-3040.2006.01506.x。PMID 17080949 。 ↑ Deng WM 、 Althauser C、Ruohala - Baker H (2001)。「Notch-Deltaシグナル伝達は ショウジョウバエ 卵胞細胞における有糸分裂細胞周期から内周期への移行を誘導する」。Development。128 ( 23 ) : 4737–46。doi : 10.1242 / dev.128.23.4737。PMID 11731454 。 1 2 Shcherbata HR、Althauser C、Findley SD、Ruohola-Baker H (2004)。 「 ショウジョウバエ 卵胞細胞における 有糸分裂から内周期への切り替えは、 G1 /S、G2/M 、 M/G1細胞周期遷移のNotch依存的制御によって実行される」 。Development。131 ( 13 ) : 3169–81。doi : 10.1242/ dev.01172。PMID 15175253 。 ↑ Schaeffer V、Althauser C、Shcherbata HR、Deng WM、Ruohola-Baker H (2004)。「Notch依存的なFizzy関連/Hec1/Cdh1の発現は、ショウジョウバエ卵胞細胞における有糸分裂から内周期への移行に必要である 」 Current Biology。14 ( 7 ) : 630–6。Bibcode : 2004CBio ...14..630S。doi : 10.1016 / j.cub.2004.03.040。hdl : 11858 / 00-001M -0000-002D- 1B8D - 3。PMID 15062106。S2CID 18877076 。 ↑ Kaushansky K (2005). "血小板生成を制御する分子メカニズム" . The Journal of Clinical Investigation . 115 (12): 3339– 47. doi : 10.1172/JCI26674 . PMC 1297257 . PMID 16322778 . ↑ Garcia P、Cales C (1996)「巨核芽球細胞株における内複製は、 G1/Sサイクリンの持続的発現とcdc25cのダウンレギュレーションを伴う」 Oncogene.13 ( 4): 695–703 . PMID 8761290 . ↑ Zhang Y, Wang Z, Ravid K (1996). "多倍体巨核球の細胞周期は、サイクリンB1依存性cdc2キナーゼの活性低下と関連している" . Journal of Biological Chemistry . 271 (8): 4266– 72. doi : 10.1074/jbc.271.8.4266 . PMID 8626773 . ↑ Su TT、O'Farrell PH ( 1998)。 「ショウジョウバエ の内複製サイクル におけるミニ 染色体 維持タンパク質 の 染色体結合」 。Journal of Cell Biology。140 ( 3): 451–460。doi : 10.1083/jcb.140.3.451。PMC 2140170。PMID 9456309 。 ↑ Arias EE、Walter JC ( 2004)。 「 数 の力:真核細胞における複数のメカニズムによる再複製防止」 。Genes & Development。21 ( 5): 497–518。doi : 10.1101/ gad.1508907。PMID 17344412 。 ↑ Narbonne-Reveau K、Senger S、Pal M、Herr A、Richardson HE、Asano M、Deak P、Lilly MA (2008)。 「 APC / CFzr/Cdh1 は ショウジョウバエの 細胞周期内周期中に細胞周期の 進行を促進する 」 。Development。135 (8): 1451–61。doi : 10.1242 / dev.016295。PMID 18321983 。 ↑ Zielke N, Querings S, Rottig C, Lehner C, Sprenger F (2008). "The anaphase-promoting complex/cyclosome (APC/C) is required for rereplication control in endoreplication cycles" . Genes & Development . 22 (12): 1690– 1703. doi : 10.1101/gad.469108 . PMC 2428065 . PMID 18559483 . ↑ Duronio RJ、O'Farrell PH (1995)。 「 ショウジョウバエ のG1期からS期への移行の発生制御: サイクリン EはE2Fの下流における制限因子である」 。Genes & Development。9 ( 12 ): 1456–68。doi : 10.1101 / gad.9.12.1456。PMID 7601350 。 ↑ Duronio RJ、O'Farrell PH、Xie JE、Brook A、Dyson N (1995)。 「 ショウジョウバエ 胚 発生の S期には転写因子E2Fが必要である 」 。Genes & Development。9 ( 12): 1445–55。doi : 10.1101/ gad.9.12.1445。PMID 7601349 。 ↑ Duronio RJ、Bonnette PC、O'Farrell PH (1998)。 「ショウジョウバエのdDP、dE2F、およびサイクリンE遺伝子の変異は、G1-S期移行中のE2F-DP転写因子とサイクリンEの異なる役割を明らかにする」 。 分子 細胞 生物 学 。18 ( 1 ): 141– 151。doi : 10.1128/ MCB.18.1.141。PMC 121467。PMID 9418862 。 ↑ Shibutani ST, de la Cruz AF, Tran V, Turbyfill WJ, Reis T, Edgar BA, Duronio RJ (2008). "S期におけるPIPボックスおよびCul4Cdt2を介したE2f1の破壊によって提供される内在的な負の細胞周期制御" . Developmental Cell . 15 (6): 890– 900. doi : 10.1016/j.devcel.2008.10.003 . PMC 2644461 . PMID 19081076 . ↑ Koepp DM、Schaefer LK、Ye X、Keyomarsi K、Chu C、Harper JW、Elledge SJ (2001)。 「SCFFbw7ユビキチンリガーゼによるサイクリンEのリン酸化依存性ユビキチン化」 。 科学 。 294 (5540): 173– 7. Bibcode : 2001Sci...294..173K 。 土井 : 10.1126/science.1065203 。 PMID 11533444 。 S2CID 23404627 。 ↑ Moberg KH 、 Bell DW、Wahrer DC、Haber DA、Hariharan IK ( 2001)。「Archipelagoは ショウジョウバエ のサイクリンEレベル を 調節し、ヒト癌細胞株で変異している」。Nature。413 ( 6853 ) : 311–6。doi : 10.1038 /35095068。PMID 11565033。S2CID 4372821 。 ↑ デ・ノイジ JC、グレーバー KH、ハリハラン IK (2001)。 「サイクリン依存性キナーゼ阻害剤 Dacapo の発現はサイクリン E によって制御されます 。 」 発達のメカニズム 。 97 ( 1–2 ): 73–83 . 土井 : 10.1016/S0925-4773(00)00435-4 。 PMID 11025208 。 ↑ Ullah Z、Kohn MJ、Yagi R、Vassilev LT、DePamphilis ML (2008)。 「栄養芽細胞幹細胞の巨大細胞への分化は、CDK1活性のp57/Kip2阻害によって引き起こさ れる 」 。Genes & Development。22 ( 21 ) : 3024–36。doi : 10.1101 / gad.1718108。PMC 2577795。PMID 18981479 。 ↑ Bi K、Bogart JP (2010)。 「何度も何度も:単 性 生殖サンショウウオ(Ambystoma属)は最も古い単性生殖脊椎動物である」 。BMC Evol . Biol . 10 (1 ) : 238。Bibcode : 2010BMCEE..10..238B。doi : 10.1186 / 1471-2148-10-238。PMC 3020632。PMID 20682056 。 1 2 Bi K、Bogart JP (2010)。「単性両生類 Ambystoma (両生類: 有尾目) のランプブラシ染色体に対するゲノム in situ ハイブリダイゼーションによる減数分裂におけるゲノム間交換のメカニズムの解明」。Chromosome Res . 18 ( 3): 371–82 . doi : 10.1007/s10577-010-9121-3 . PMID 20358399. S2CID 2015354 .