DNA replikatsiooniga eukarüootsete organismide rakkude tuumajaotus (mitoos) võib jagada neljaks põhifaasiks. Teist põhifaasi nimetatakse Metafaas mille käigus kromosoomid tõmbuvad spiraalselt ja asetsevad ekvatoriaalses tasapinnas ning on sama kaugusega mõlema vastaspooluse suhtes. Spindelkiud on ühendatud kromosoomide tsentromeeridega mõlemast poolusest.
Mis on metafaas?
Metafaas on teine neljast põhifaasist, millesse saab jagada eukarüootsete rakkude tuumajaotus, mida nimetatakse mitoosiks. Metafaasi ajal on iseloomulik kromosoomide paigutus niinimetatud ekvatoriaalsel tasapinnal või metafaasiplaadil.
Iga kromosoom koosneb neljast kromatiidist, millest kaks on "identsed". Kromatiide hoiab algselt koos nende ühine tsentromeer. Tsentromeerides moodustuvad väikesed valgustruktuurid, mille külge kinnituvad spindlipostide kiud, et tõmmata õdekromatiidid vastaspoolustele. Kromatiidide eraldamine on juba osa metafaasile järgnevast anafaasist.
Metafaasi ajal tehakse kõik ettevalmistused, mis on vajalikud kromatiidide eraldamiseks tsentromeeridest, et neid saaks poolustele tõmmata. Ainult siis, kui kõik tsentromeerid on ühendatud vastavate poolkiudude või mikrotuubulitega, vabastatakse nende tsentromeeril olevad kromatiidide sidemed nii, et algab nende nihkumine vastava pooluse külge.
Funktsioon ja ülesanne
Inimese kehas on pidev vajadus rakkude paljunemisel põhineva kasvu järele, mis järgib enamasti rakkude jagunemise põhimõtet. Üksik- ja mitmerakuliste organismide (eukarüootide) tuumarakkudes jagunevad tsütoplasma ja nende raku tuumade jagunemine.
Kaks tükeldatud rakku, mis tulenevad jagunemisest, on oma diploidses kromosoomikomplektis identsed vastava "emarakuga", nii et teatud kudede kasv kehas on mitteseksuaalse raku jagunemise põhjal teoreetiliselt piiramatu, eeldusel, et jagunemisprotsessi ei peata ega lõpeta kasvu pärssivad ained.
Rakkude jagunemise protsess on seotud ka tuumajagunemise protsessiga, mida tuntakse mitoosina. Mitoosi piires on metafaasina teada neljast põhifaasist teine. See on oluline lüli põhijaotusprotsessis. Metafaas on oluline kromosoomide topeltkomplekti kromatiidide paigutamiseks ekvatoriaaltasapinnale või metaplaadile nii, et neid saaks mikrotuubulite hõõgniitide abil järgmises anafaasis kahe pooluse suunas tõmmata.
Metafaasi eriti oluline funktsioon on poolustest väljuvate spindlikiudude (mikrotuubulite) kontrollimine (kontrollpunkt) ja jälgimine. Tuleb tagada, et mikrotuubulid oleksid ühendatud "õige" tsentromeetriga. See tagab, et kaks kromosoomikomplekti, mis on rühmitatud järgneva anafaasi ajal postide külge, on absoluutselt identsed. Seda saab saavutada ainult siis, kui pärast tuuma jagunemist on mõlemas pooles kromosoomi kromatiid.
Kui näiteks leitakse kahest poolusest ühesugused kaks identset õdekromatiidi ja teisel poolusel need puuduvad, võib see põhjustada märkimisväärseid häireid rakkude edasise kasvu või kontrollimata kasvu võimatusega. Parenhüümirakkude korral kaotatakse rakkude spetsiifiline funktsionaalsus.
Haigused ja tervisehäired
Mitoos hõlmab väga keerulist protsessi, mis hõlmab veaohtu DNA ahelate replikatsioonis ja kromatiidide jaotumist kahel poolusel, millel on mõnikord kaugeleulatuvad tagajärjed. Näiteks võib mikrotuubulite “vale” kinnitamine tsentromeeride kinetokoore külge kinnituda suhteliselt sageli. Näiteks võivad teatud kinetokoored jääda vabaks, st pole ühendatud mikrotuubuliga või on mõlemad kromatiidid ühendatud tsentromeerides sama polaarsusega mikrotuubulitega. Üks metafaasi olulisemaid funktsioone on mikrotuubulite kinetokorile õige ja täieliku kinnituse kontrollimine.
Anafaasis kromosoomide eraldumine vabastatakse tavaliselt alles siis, kui spindlikiudude kontrollimine on edukas ja kõik kinetokorid annavad märku õigest ühendusest. Mitootilist kontrollpunkti rakendab spetsialiseerunud valkude rühm, mis pärsib või rahastab üleminekut anafaasi, kui adhesioon ei vasta sihtväärtusele. Protsess on mõnevõrra võrreldav vormel-1 võistluse pit stop-iga, kui kõik neli paigaldajat peavad pärast rataste vahetamist lõpetamisest teatama, enne kui vormel-1 sõitja saab uuesti startida.
Teine suurem probleem tekib siis, kui DNA ahelate murdmisel tehakse vigu. See võib põhjustada rakkude funktsiooni kaotuse ja pideva, kiire või aeglaselt progresseeruva mitoosi, mis ei reageeri enam keha enda kasvu inhibiitoritele. Inhibeerimata kasv iseloomustab healoomulisi (healoomulisi) või pahaloomulisi (pahaloomulisi) kasvajaid.
DNA metüülimisega võivad tekkida ka muud probleemid. Kui DNA ahelad on lõhenenud, võib DNA metüültransferaaside aktiivsus viia metüülrühmade (-CH3) lisamiseni DNA-sse. Protsess ei vasta geenimutatsioonile tavamõistes, kuid vastab siiski mõjutatud geeni epigeneetilistele muutustele. "Geeni metüleerimine" põhjustab tavaliselt mõjutatud indiviidis fenotüüpselt äratuntavaid muutusi ja enamasti kandub see edasi järgmise põlvkonna rakkudesse - sarnaselt pärandiga.
Seda, mil määral on healoomuliste ja pahaloomuliste kasvajate arengut ja DNA metüülimist võimalik metafaasisisestes protsessides jälgida, pole piisavalt uuritud.
