میتوز (بهانگلیسی:Mitosis) یارِشتمان[۱] از مراحلچرخهٔ سلولی است. میتوز از دو کلمهٔ یونانی μίτος و ωσις به معنی «حالت رشته‌شدگی» تشکیل شده است.[۲] میتوز، تقسیم هستهٔ یکسلول (یاخته) به دو هستهٔ مشابه و روشی برای تکثیر سلولی (سلول‌های سوماتیک یا پیکری) است. میتوز، فرایندی پیوسته است که به مراحل پروفاز، پرومتافاز، متافاز، آنافاز و تلوفاز مرحله‌بندی می‌شود.
بیشتر سلول‌ها در مرحلهٔ G0 سلولی باقی می‌مانند که با ارسال یک پیام رشد به سلول، وارد مرحلهٔ اینترفاز می‌شوند.سلول‌ها بیشتر مدت زندگی خود را در مرحلهٔاینترفاز می‌گذرانند و در این مدت حیات معمولی خود شامل رشد و آماده‌شدن برای میتوز را انجام می‌دهند. در میتوز، هر هسته به دو هسته با عدد کروموزومی (فام تنی) یکسان تقسیم شده و دو هستهٔ مشابه را می‌سازد و در ادامهسیتوپلاسم نیز تقسیم شده و سلول‌های جدید، وارد چرخهٔ مربوط به خود می‌شوند. به این فرایند،تقسیم درون سلول (سیتوکینز) گفته می‌شود. تقسیم میتوز، نوعی تقسیم غیرجنسی سلول در بدن جانداران پرسلولی پیچیده است.[۳]
فرایند تقسیم میتوز زمانی آغاز می‌شود که سلول از دونقطهٔ وارسی یا check point با موفقیت عبور کند و زمانی دوسلول جدید ایجاد می‌شود که ازنقطهٔ وارسی سوم نیز با موفقیت عبور کرده باشد.
توصیف‌های متعددی ازتقسیم سلولی در طول سده‌های ۱۸ و ۱۹ میلادی با دقت‌های متفاوت ارائه شد.[۴] در سال ۱۸۳۵، گیاه‌شناس آلمانیهوگو فون مول (Hugo von Mohl)، تقسیم سلولی را درجلبک‌های سبزکلادوفورا گلومراتا (Cladophora glomerata) توصیف کرد و بیان نمود که تکثیر سلول‌ها از طریق تقسیم سلولی رخ می‌دهد.[۵][۶][۷] در سال ۱۸۳۸،ماتیاس یاکوب اشلایدن (Matthias Jakob Schleiden) ادعا کرد که «شکل‌گیری سلول‌های جدید *در درون* سلول‌های پیشین»، قاعده‌ای کلی برای تکثیر سلولی در گیاهان است؛ دیدگاهی که بعدها به دلیل مشارکت‌هایرابرت رماک (Robert Remak) و دیگران، به نفع مدل مول کنار گذاشته شد.[۸]
در سلول‌های جانوری، تقسیم سلولی همراه با میتوز در سال ۱۸۷۳ در سلول‌هایقرنیه قورباغه، خرگوش و گربه کشف شد و برای نخستین بار توسطبافت‌شناس لهستانیواسلاو مایزل (Wacław Mayzel) در سال ۱۸۷۵ توصیف گردید.[۹][۱۰]
اتو بوتشلی (Bütschli)،ادوارد شنایدر (Schneider) وهرمان فول (Fol) نیز ممکن است ادعای کشف فرآیندی را کرده باشند که امروزه به عنوان «میتوز» شناخته می‌شود.[۴] در سال ۱۸۷۳، جانورشناس آلمانیاتو بوتشلی داده‌های حاصل از مشاهدات خود بر رویکرم‌های لوله‌ای (نماتدها) را منتشر کرد. چند سال بعد، او بر اساس آن مشاهدات، میتوز را کشف و توصیف نمود.[۱۱][۱۲][۱۳]
اصطلاح «میتوز» (Mitosis) که توسطوالتر فلمینگ (Walther Flemming) در سال ۱۸۸۲ ابداع شد،[۱۴] از واژه یونانی μίτος (mitos، به معنای «رشته تار») گرفته شده است.[۱۵][۱۶] نام‌های جایگزینی نیز برای این فرایند وجود دارد،[۱۷] مانند «کاریوکینزیس» (Karyokinesis، به معنای تقسیم هسته)، اصطلاحی که نخستین بار توسط اشلایشر (Schleicher) در سال ۱۸۷۸ معرفی شد،[۱۸][۱۹] یا «تقسیم تساوی» (Equational Division)، که توسطآگوست وایزمن (August Weismann) در سال ۱۸۸۷ پیشنهاد گردید.[۲۰] با این حال، برخی نویسندگان اصطلاح «میتوز» را به معنای گسترده‌تر برای اشاره به ترکیب کاریوکینزیس و سیتوکینزیس (تقسیم سیتوپلاسم) با هم به کار می‌برند.[۲۱] امروزه، «تقسیم تساوی» معمولاً بیشتر برای اشاره بهمئوز II (Meiosis II)، بخشی از میوز که بیشترین شباهت را به میتوز دارد، استفاده می‌شود.[۲۲]
نتیجه اصلی میتوز و سیتوکینزیس انتقالژنوم سلول والد به دو سلول دختری است. ژنوم از تعدادی کروموزوم تشکیل شده است - کمپلکس‌هایِDNA فشرده‌ای که حاویاطلاعات ژنتیکی حیاتی برای عملکرد صحیح سلول هستند.[۲۳] از آنجا که هر سلول دختری باید از نظر ژنتیکیمشابه سلول والد باشد، سلول والد باید پیش از میتوز از هر کروموزوم یک نسخه تکثیر کند. این فرایند درفاز S اینترفاز رخ می‌دهد.[۲۴]تکثیر کروموزوم منجر به تشکیل دوکروماتید خواهری یکسان می‌شود که توسط پروتئین‌هایکوهسین در ناحیهسانترومر به هم متصل هستند.
با شروع میتوز، کروموزوم‌ها متراکم شده و قابل مشاهده می‌شوند. در برخی یوکاریوت‌ها مانند جانوران،پوشش هسته که DNA را از سیتوپلاسم جدا می‌کند، به وزیکول‌های کوچک تجزیه می‌شود.هسته‌ک که مسئول ساخت ریبوزوم‌هاست نیز ناپدید می‌شود.میکروتوبول‌ها از دو قطب سلول خارج شده، به سانترومرها متصل شده و کروموزوم‌ها را در مرکز سلول تراز می‌کنند. میکروتوبول‌ها سپس منقبض شده تا کروماتیدهای خواهری هر کروموزوم را از هم جدا کنند.[۲۵] در این مرحله کروماتیدهای خواهریکروموزوم‌های دختری نامیده می‌شوند. با طویل‌شدن سلول، کروموزوم‌های دختری مربوطه به سمت قطب‌های مخالف کشیده شده و در آنافاز پایانی حداکثر تراکم را پیدا می‌کنند. یک پوشش هسته‌ای جدید در اطراف هر مجموعه از کروموزوم‌های دختری تشکیل می‌شود که برای تشکیل هسته‌های اینترفازی، از تراکم خارج می‌شوند.
در طول پیشروی میتوز، معمولاً پس از شروع آنافاز، سلول ممکن است تحت سیتوکینزیس قرار گیرد. درسلول‌های جانوری،غشای سلولی بین دو هسته در حال تشکیل به سمت داخل فرورفته و دو سلول جدید ایجاد می‌کند. درسلول‌های گیاهی، یکصفحه سلولی بین دو هسته تشکیل می‌شود. سیتوکینزیس همیشه اتفاق نمی‌افتد؛ سلول‌های سینوسیتی (نوعی حالت چندهسته‌ای) بدون سیتوکینزیس وارد میتوز می‌شوند.
اینترفاز فاز بسیار طولانی‌ترچرخه سلولی نسبت به فاز کوتاه M است. در اینترفاز سلول خود را برای تقسیم آماده می‌کند. اینترفاز به سه زیرفاز تقسیم می‌شود:G۱ (شکاف اول),S (سنتز), وG۲ (شکاف دوم). در طول هر سه بخش اینترفاز، سلول با تولید پروتئین‌ها و اندامک‌های سیتوپلاسمی رشد می‌کند. با این حال، کروموزوم‌ها فقط درفاز S تکثیر می‌شوند؛ بنابراین سلول رشد می‌کند (G۱)، به رشد خود ادامه داده و کروموزوم‌ها را تکثیر می‌کند (S)، بیشتر رشد کرده و برای میتوز آماده می‌شود (G۲)، و در نهایت تقسیم می‌شود (M) قبل از شروع مجدد چرخه.[۲۴] تمام این فازها توسطسیکلین‌ها،کینازهای وابسته به سیکلین و سایر پروتئین‌های چرخه سلولی تنظیم می‌شوند. فازها به ترتیب دقیق دنبال شده ونقاط وارسی چرخه سلولی به سلول نشانه‌های پیشروی یا توقف می‌دهند.[۲۶] سلول‌ها همچنین ممکن است موقتاً یا دائماً چرخه سلولی را ترک کرده و واردG۰ شوند. این امر زمانی رخ می‌دهد که سلول‌ها بیش از حد متراکم شوند (بازدارندگی وابسته به تراکم) یا هنگامتمایز برای انجام وظایف خاص، مانند سلول‌هایعضله قلبی انسان ونورون‌ها. برخی سلول‌های G۰ قابلیت بازگشت به چرخه سلولی را دارند.
شکست‌های دو رشته‌ای DNA می‌توانند در اینترفاز توسط دو فرایند اصلیترمیم شوند.[۲۷] فرایند اول،اتصال انتهاهای غیرهمولوگ (NHEJ)، می‌تواند دو انتهای شکسته DNA را در فازهای G۱, S و G۲ اینترفاز به هم متصل کند. فرایند دوم، ترمیم نوترکیبی همولوگ (HRR)، دقیق‌تر از NHEJ است. HRR در فازهای S و G۲ فعال است زیرا نیاز به دوکروماتید همولوگ مجاور دارد.
اینترفاز برای آماده‌سازی سلول جهت تقسیم میتوزی ضروری است. این فاز تعیین می‌کند که آیا تقسیم میتوزی رخ خواهد داد یا خیر. اینترفاز به دقت از پیشروی سلول جلوگیری می‌کند اگر DNA آسیب دیده باشد یا مرحله مهمی تکمیل نشده باشد. اینترفاز با کاهش سلول‌های آسیب‌دیده و پیشگیری از تشکیل سلول‌های سرطانی نقش حیاتی دارد. محاسبه اشتباه پروتئین‌های کلیدی اینترفاز ممکن است منجر به تشکیل سلول‌های سرطانی شود.[۲۸]
فقط در سلول‌های گیاهی، پروفاز توسط مرحلهپره‌پروفاز پیش می‌رود. در سلول‌های گیاهی واکوئل‌دار، هسته قبل از شروع میتوز باید به مرکز سلول مهاجرت کند. این کار از طریق تشکیلفراگموزوم، صفحه عرضی سیتوپلاسمی که سلول را در امتداد صفحه تقسیم آینده نصف می‌کند، انجام می‌شود. علاوه بر تشکیل فراگموزوم، پره‌پروفاز با تشکیل حلقه‌ای از میکروتوبول‌ها وفیلامان‌های اکتین (به نامباند پره‌پروفاز) در زیر غشای پلاسمایی حول صفحه استواییدوک میتوز آینده مشخص می‌شود. این ناحیه محل تقسیم سلولی آینده را نشان می‌دهد. سلول‌های گیاهان عالی (مانندگیاهان گل‌دهنده) فاقدسانتریول هستند؛ در عوض میکروتوبول‌ها دوکی روی سطح هسته تشکیل داده و پس از فروپاشی پوشش هسته‌ای، توسط خود کروموزوم‌ها سازماندهی می‌شوند.[۲۹] باند پره‌پروفاز در طول فروپاشی پوشش هسته‌ای و تشکیل دوک در پُرمتافاز ناپدید می‌شود.[۳۰]: 58–67
هسته اینترفازی (چپ)، کروموزوم‌های در حال تراکم (وسط) و کروموزوم‌های متراکم‌شده (راست)پروفاز در طول میتوز
در پروفاز که پس از اینترفاز G۲ رخ می‌دهد، سلول با متراکم‌کردن محکم کروموزوم‌ها و آغاز تشکیل دوک میتوز آماده تقسیم می‌شود. در اینترفاز، ماده ژنتیکی در هسته به شکلکروماتین نیمه‌فشرده است. در شروع پروفاز، رشته‌های کروماتین به کروموزوم‌های مجزا متراکم می‌شوند که معمولاً با بزرگ‌نمایی بالا از طریقمیکروسکوپ نوری قابل مشاهده هستند. در این مرحله کروموزوم‌ها بلند، نازک و نخ‌مانند هستند. هر کروموزوم دارای دو کروماتید است که در سانترومر به هم متصل هستند.
رونویسی ژنی در طول پروفاز متوقف شده و تا اواخر آنافاز یا اوایل فاز G۱ از سر گرفته نمی‌شود.[۳۱][۳۲][۳۳]هسته‌ک نیز در اوایل پروفاز ناپدید می‌شود.[۳۴]
در مجاورت هسته سلول‌های جانوری، ساختارهایی به نامسانتروزوم‌ها وجود دارند که از یک جفتسانتریول احاطه‌شده توسط مجموعه‌ای از پروتئین‌ها تشکیل شده‌اند. سانتروزوم مرکز هماهنگیمیکروتوبول‌های سلول است. سلول در هنگام تقسیم یک سانتروزوم به ارث می‌برد که قبل از شروع میتوز جدید،تکثیر شده و یک جفت سانتروزوم ایجاد می‌کند. دو سانتروزومتوبولین را پلیمریزه کرده تا به تشکیل دستگاه دوک کمک کنند. سپسپروتئین‌های موتوری سانتروزوم‌ها را در امتداد این میکروتوبول‌ها به طرفین مخالف سلول می‌رانند. اگرچه سانتروزوم‌ها به سازماندهی مونتاژ میکروتوبول‌ها کمک می‌کنند، برای تشکیل دستگاه دوک ضروری نیستند زیرا در گیاهان وجود ندارند[۲۹] و برای میتوز سلول‌های جانوری کاملاً الزامی نیستند.[۳۵]
در شروع پُرمتافاز در سلول‌های جانوری، فسفریلاسیونلامین‌های هسته‌ای باعث تجزیهپوشش هسته به وزیکول‌های غشایی کوچک می‌شود. همزمان میکروتوبول‌ها به فضای هسته نفوذ می‌کنند. این فرایندمیتوز باز نامیده شده و در برخی جانداران چندسلولی رخ می‌دهد. قارچ‌ها و برخیپروتیست‌ها مانند جلبک‌ها یا تریکومونادها، نوعیمیتوز بسته را انجام می‌دهند که در آن دوک در داخل هسته تشکیل می‌شود یا میکروتوبول‌ها به پوشش هسته‌ای دست‌نخورده نفوذ می‌کنند.[۳۶][۳۷]
در پُرمتافاز پایانی،میکروتوبول‌های کینه‌توکوری شروع به جستجو و اتصال بهکینه‌توکورهای کروموزومی می‌کنند.[۳۸]کینه‌توکور یک ساختار پروتئینی متصل‌شونده به میکروتوبول است که در پروفاز پایانی روی سانترومر کروموزومی تشکیل می‌شود.[۳۸][۳۹] تعدادیمیکروتوبول قطبی با میکروتوبول‌های قطبی متناظر از سانتروزوم مقابل تعامل کرده تا دوک میتوز را تشکیل دهند.[۴۰] اگرچه ساختار و عملکرد کینه‌توکور به‌طور کامل شناخته شده نیست، مشخص است که حاوی نوعیپروتئین موتوری است.[۴۱] هنگامی که یک میکروتوبول به کینه‌توکور متصل می‌شود، موتور فعال شده و با استفاده از انرژیATP به سمت سانتروزوم منشأ به‌صورت خزنده حرکت می‌کند. این فعالیت موتوری همراه با پلیمریزاسیون و دپلیمریزاسیون میکروتوبول‌ها، نیروی کششی لازم برای جداسازی دو کروماتید کروموزوم را تأمین می‌کند.[۴۱]
متافاز
سلول درمتافاز پایانی. همه کروموزوم‌ها (آبی) به جز یکی بهصفحه متافاز رسیده‌اند.
پس از اتصال میکروتوبول‌ها به کینه‌توکورها در پُرمتافاز، دو سانتروزوم شروع به کشیدن کروموزوم‌ها به سمت قطب‌های مخالف سلول می‌کنند. کشش حاصل باعث تراز کروموزوم‌ها در امتدادصفحه متافاز در صفحه استوایی می‌شود - خط فرضی که به‌طور مرکزی بین دو سانتروزوم قرار دارد.[۴۰] برای اطمینان از توزیع عادلانه کروموزوم‌ها در پایان میتوز،نقطه وارسی متافاز تضمین می‌کند که کینه‌توکورها به درستی به دوک میتوز متصل شده و کروموزوم‌ها در امتداد صفحه متافاز تراز شده‌اند.[۴۲] اگر سلول با موفقیت از نقطه وارسی متافاز عبور کند، به آنافاز پیش می‌رود.
درآنافاز A،کوهسین‌های متصل‌کننده کروماتیدهای خواهری برش خورده و دو کروموزوم دختری یکسان تشکیل می‌شوند.[۴۳] کوتاه‌شدن میکروتوبول‌های کینه‌توکوری، کروموزوم‌های دختری تازه‌تشکیل‌شده را به قطب‌های مخالف سلول می‌کشد. درآنافاز B، میکروتوبول‌های قطبی به یکدیگر فشار آورده و باعث طویل‌شدن سلول می‌شوند.[۴۴] در آنافاز پایانی،کروموزوم‌ها همچنین به حداکثر تراکم کلی خود رسیده تا بهجداسازی کروموزومی و بازسازی هسته کمک کنند.[۴۵] در بیشتر سلول‌های جانوری، آنافاز A قبل از آنافاز B رخ می‌دهد، اما برخی سلول‌های تخم مهره‌داران ترتیب معکوس را نشان می‌دهند.[۴۳]
تلوفاز (از واژه یونانیτελος به معنای "پایان") معکوس رویدادهای پروفاز و پُرمتافاز است. در تلوفاز، میکروتوبول‌های قطبی به طویل‌شدن ادامه داده و سلول را بیشتر کش می‌دهند. اگر پوشش هسته‌ای تجزیه شده باشد، یک پوشش هسته‌ای جدید با استفاده از وزیکول‌های غشایی پوشش قدیمی سلول والد تشکیل می‌شود. پوشش جدید در اطراف هر مجموعه از کروموزوم‌های دختری جدا شده تشکیل می‌شود (هرچند غشاء سانتروزوم‌ها را شامل نمی‌شود) و هستک دوباره ظاهر می‌شود. هر دو مجموعه کروموزوم که اکنون توسط غشای هسته‌ای جدید احاطه شده‌اند، شروع به "انبساط" یا کاهش تراکم می‌کنند. میتوز کامل شده است. هر هسته دختری مجموعه‌ای یکسان از کروموزوم‌ها دارد. تقسیم سلولی بسته به جاندار ممکن است در این زمان رخ دهد یا ندهد.
سیتوکینزیس مرحله‌ای از میتوز نیست، بلکه فرآیندی جداگانه برای تکمیل تقسیم سلولی است. در سلول‌های جانوری، یکشیار تقسیم حاوی حلقه انقباضی در محل صفحه متافاز سابق ایجاد شده و هسته‌های جدا شده را از هم جدا می‌کند.[۴۶] در هر دو سلول جانوری و گیاهی، تقسیم سلولی همچنین توسط وزیکول‌های مشتق‌شده ازدستگاه گلژی هدایت می‌شود که در امتداد میکروتوبول‌ها به مرکز سلول حرکت می‌کنند.[۴۷] در گیاهان، این ساختار در مرکزفراگموپلاست به یک صفحه سلولی تبدیل شده و به دیواره سلولی تبدیل می‌شود و دو هسته را جدا می‌کند. فراگموپلاست یک ساختار میکروتوبولی ویژه گیاهان عالی است، در حالی که برخی جلبک‌های سبز از آرایه میکروتوبولیفیکوپلاست در طول سیتوکینزیس استفاده می‌کنند.[۳۰]: 64–7, 328–9 هر سلول دختری یک نسخه کامل از ژنوم سلول والد خود دارد. پایان سیتوکینزیس پایان فاز M را نشان می‌دهد.
سلول‌های بسیاری وجود دارند که در آن‌ها میتوز و سیتوکینزیس به‌طور جداگانه رخ داده و سلول‌های تکهسته‌ای با چندین هسته تشکیل می‌دهند. بارزترین مورد این پدیده درقارچ‌ها،کپک‌های لجنی و جلبک‌های سینوسیتی است، اما در سایر جانداران نیز یافت می‌شود. حتی در جانوران، سیتوکینزیس و میتوز ممکن است مستقل از هم رخ دهند، مثلاً در مراحل خاصی از رشدجنینی مگس میوه.[۴۸]
↑Radiobiology for the Radiobiologist. Eric Hall. 2006.ISBN0-7817-4151-3 pp.507
↑۴٫۰۴٫۱Ross, Anna E. "Human Anatomy & Physiology I: A Chronology of the Description of Mitosis".Christian Brothers University. Retrieved 02 May 2018.linkبایگانی‌شده در ۲۰۱۶-۰۵-۱۲ توسطWayback Machine.
↑Iłowiecki, Maciej (1981).Dzieje nauki polskiej. Warszawa: Wydawnictwo Interpress. p. 187.ISBN978-83-223-1876-8.
↑Bütschli, O. (1873). Beiträge zur Kenntnis der freilebenden Nematoden.Nova Acta der Kaiserlich Leopoldinisch-Carolinischen Deutschen Akademie der Naturforscher 36, 1–144.linkبایگانی‌شده در ۲۰۱۸-۰۸-۱۱ توسطWayback Machine.
↑Bütschli, O. (1876). Studien über die ersten Entwicklungsvorgänge der Eizelle, die Zelleilung und die Conjugation der Infusorien.Abh.d. Senckenb. Naturf. Ges. Frankfurt a. M. 10, 213–452.linkبایگانی‌شده در ۲۰۱۸-۰۸-۰۹ توسطWayback Machine.
↑Battaglia E (1987). "Embryological questions: 12. Have thePolygonum andAllium types been rightly established?".Ann Bot. Rome.45: 81–117.p. 85: Already in 1887, Weismann gave the namesAequationstheilung to the usual cell division, andReduktionstheilungen to the two divisions involved in the halving process of the number ofKernsegmente
↑Mauseth JD (1991).Botany: an Introduction to Plant Biology. Philadelphia: Saunders College Publishing.ISBN978-0-03-030222-0.p. 102: Cell division is cytokinesis, and nuclear division is karyokinesis. The words "mitosis" and "meiosis" technically refer only to karyokinesis but are frequently used to describe cytokinesis as well.
↑Cooper, Geoffrey M. (2000)."Meiosis and Fertilization".The Cell: A Molecular Approach. 2nd Edition(به انگلیسی).
↑Prescott DM, Bender MA (March 1962). "Synthesis of RNA and protein during mitosis in mammalian tissue culture cells".Experimental Cell Research.26 (2): 260–8.doi:10.1016/0014-4827(62)90176-3.PMID14488623.
↑Olson MO (2011).The Nucleolus. Vol. 15 of Protein Reviews. Berlin: Springer Science & Business Media. p. 15.ISBN978-1-4614-0514-6.
The image above contains clickable linksیکژن ناحیه ای ازDNA است که عملکرد را مشخص می‌کند. یککروموزوم شامل یک رشته طولانی از DNA بوده که حاوی ژن‌های زیادی است. یک کروموزوم انسانی می‌تواند تا ۵۰۰ میلیونجفت باز DNA با هزاران ژن داشته باشد.
