De volledige celcyclus

Een volledige celcyclus begint bij het ontstaan van een nieuwe lichaamscel - dat kan het gevolg zijn van een bevruchting of van een eerdere celdeling - en eindigt na het voltooien van haar eigen delingsactiviteit. Het geheel vormt een uitgekiend systeem van controles en evenwichten. Een en ander zorgt in de meeste gevallen voor een onberispelijke delingsactiviteit. Binnen een enkele celcyclus kam men globaal onderscheiden een M fase: met als kenmerk de eigenlijke chromosomale- en cellulaire deling en de M fase die de interfase is tussen twee opeenvolgende delingen.

• Algemeen
• G1-fase: de eigenlijke werkingsfase van de cel
• S-fase: de synthese van nieuw DNA
• G2-fase: een laatste controle vóór de deling van start gaat
• M-fase (Mitose): de aanmaak van nieuwe lichaamscellen

Algemeen

De opeenvolging van de verschillende fases van de celcyclus verloopt volgens strikte regels en staat onder het commando van een hele reeks van genen. Die worden geactiveerd door specifieke eiwitten, die vaak zelf het product zijn van weer andere genen in de cel, of door invloeden van buitenaf, zoals de inwerking van buitenaf en de inwerking van groeihormonen of de toestand van het omringende weefsel. Toch kan de celdeling ook wel eens foutlopen, als bijvoorbeeld de normale groei gehinderd wordt door een verstoord evenwicht tussen groei- bevorderende en remmende factoren. In het algemeen leidt dat ertoe dat de cel - alweer onder de invloed van sommige van haar eigen genen - zichzelf vernietigt, maar soms kan het ook aanleiding geven tot het ontstaan van een al dan niet kwaadaardige tumor.

Een onderverdeling van de celcyclus

In een celcyclus kan men verder vier fasen onderscheiden. De eerste groeifase (G1) is de eigenlijke werkingsfase van de cel. Tijdens de S- of synthesefase doet er zich - met het oog op een volgende celdeling - een verdubbeling voor binnen de verschillende DNA-moleculen. Het gerepliceerde DNA wordt in de G2-fase gecontroleerd op eventuele fouten en waar mogelijk worden die gecorrigeerd. Tijdens de mitose (M-fase) geschiedt de feitelijke celdeling. Niet-delende cellen blijven in de werkingsfase, die dan aangeduid worden als de G0-fase.

G1-fase: de eigenlijke werkingsfase van de cel

De letter G verwijst naar een interval (gap) tussen twee belangrijke fasen van de delingsactiviteit. Tijdens deze twee fasen is er wel degelijk sprake van een zekere celgroei, waarbij de G1-fase staat voor de actieve werkingsfase van de cel. Dat is de periode waarin de chromosomen zich ontrold hebben tot een kluwen van onherkenbare draden.van chromatine. Daardoor is de cel in staat om selectief gebruik te maken van haar erfelijke informatie, evenals voor de specifieke taken die ze in het organisme te vervullen heeft. Deze fase kan een variabele duur hebben. In weefsels die zich volop aan het ontwikkelen zijn - zoals tijdens de prenatale periode - is deze duur doorgaans zeer kort. Bij een volgroeid organisme duurt ze meestal erg lang. Neuronen en de cellen die deel uitmaken van de skeletspieren, delen zich na een zekere tijd vrijwel niet meer. Andere, zoals levercellen of de cellen van het bot, gaan pas tot deling over wanneer er, door slijtage of na beschadiging, een hoeveelheid celweefsel verloren is gegaan. Van cellen die zich - tijdelijk of permanent - niet meer delen, zegt men dat ze in de G0-fase vertoeven. De meeste zenuwcellen blijven vanaf de geboorte permanent in de G0-fase. Bij lymfocyten, dat zijn de witte bloedcellen, die een belangrijke rol spelen in het afweersysteem, stopt de G0-fase zodra ze door potentiële ziektekiemen geprikkeld worden om in actie te komen.

S-fase: de synthese van nieuw DNA

Deze S-fase vormt een belangrijke voorbereiding op de eigenlijke celdeling. In deze fase van de cyclus doet zich de verdubbeling van het DNA in de celkern voor. Dit proces van replicatie van het DNA duurt gemiddeld zo'n 6-8 uur en verloopt als volgt:
Onder invloed van specifieke enzymen worden de twee complementaire strengen van het DNA geleidelijk van elkaar losgemaakt, zodat de basen vrij aan de oppervlakte komen te liggen. Vervolgens zorgt het enzym DNA-polymerase ervoor, dat er op beide openstaande strengen een nieuw complementaire DNA-streng wordt aangemaakt. Men kan dat vergelijken met wat er gebeurt bij de transcriptie van RNA in het kader van eiwitsynthese, hoewel er toch enkele verschilpunten zijn. Vooreerst is het niet zomaar een stukje DNA dat gekopieerd moet worden, maar de chromosomen in hun geheel. Ten tweede komen in dat geval beide kanten van het DNA aan de beurt. En ten derde komt er tegenover iedere A nu natuurlijk geen U, maar een T te zitten. Overigens verloopt het losmaken van de twee strengen en het kopiëren van het DNA niet stap na stap, over de gehele lengte van het chromosoom, maar op meerdere plaatsen tegelijk. Indien alle basen van chromosoom 1 na elkaar aan de beurt zouden komen zou het 78 dagen duren alvorens de klus geklaard is. Maar door op honderden of zelfs duizenden plaatsen tegelijk bezig te zijn en de stukjes deskundig aan elkaar te lijmen, kan het in minder dan acht uur voor elkaar zijn.

Doordat de twee helften van de bestaande DNA-ketting elk voorzien worden van een nieuwe complementaire streng, zijn de nieuw samengestelde chromosomen onderling volkomen identiek en bestaan ze elk voor de helft uit een oude en voor de andere helft uit een nieuwe streng. De DNA-replicatie wordt daarom semiconservatief genoemd.

G2-fase: een laatste controle vóór de deling van start gaat

Tussen de S- en de M-fase volgt er een nieuwe groei of onderbrekingsfase die doorgaans zo'n vier uur in beslag neemt. Ook al verloopt de DNA-replicatie in het algemeen vrij correct, toch kunnen er af en toe foutjes optreden. Een deel daarvan wordt al ontdekt en gecorrigeerd tijdens het kopiëren zelf. Maar tijdens de G2-fase lopen gespecialiseerde eiwitten de beide nieuwe strengen nog eens langs, om vergissingen alsnog op het spoor te komen en meteen te corrigeren. Om te weten welke van de twee kanten de oorspronkelijke informatie bevat, werd de originele kant al vóór de synthese van de nieuwe streng keurig gemerkt met een speciaal kenteken, zodat vergissingen zo goed als uitgesloten zijn.

M-fase (Mitose): de aanmaak van nieuwe lichaamscellen

Deze deling is een continu verlopend proces en verloopt in een viertal stadia. Achtereenvolgens kunnen worden onderscheiden: de profase, de metafase, de anafase en de telofase.

Profase

Alles begint dus met het geleidelijk korter en dikker worden van de reeds verdubbelde chromosomen. De beide chromatiden hangen op dat moment nog stevig aan elkaar vast ter hoogte van het centromeer, die nu eveneens uit twee identieke exemplaren bestaat. Ook de centriolen ondergaan een verdubbeling en beide kopieën migreren naar twee tegenover elkaar liggende zijden van de cel om er een soort polen te vormen. Op het einde van de profase kan men zien dat het kernmembraan langzaam oplost.

Metafase

Het kernmembraan is nu helemaal verdwenen, zodat de chromosomen los in het cytoplasma komen te liggen. Ze worden nog wat korter en dikker en migreren geleidelijk naar het middenvlak tussen de twee polen. Vanuit de twee centriolen ontstaan er nu stervormig een soort draadachtige structuren. Het zijn de spoeldraden, die elkaar halverwege de cel zullen ontmoeten om samen een spoelfiguur te vormen. De zone rond de centromeren bevat heel wat repetitief DNA. Van hieruit ontwikkelt er zich nu een speciaal eiwittencomplex, die de chromatiden ter hoogte van hun centromeer vastbindt aan de spoeldraden.

Anafase

Vervolgens spitsen de centromeren zich overlangs. De eraan vastgeknoopte chromatiden worden van elkaar losgetrokken door een verkorting van de spoeldraden. Hierdoor komt er van ieder chromosoom telkens één identieke kopie bij elk van de twee celpolen terecht. Zodra de chromatiden van elkaar losgekomen zijn, spreekt men van dochterchromosomen. Daarna zijn het weer enkelvoudige DNA-moleculen geworden. De cel snoert zich vervolgens lichtjes in tussen de twee chromosomenclusters.

Telofase

De cel-insnoering gaat verder en tegelijk wordt ook de hoeveelheid cytoplasma - met de daarin aanwezige celorganellen - verdeeld over de twee compartimenten. De chromosomen groeperen zich min of meer in het midden van elk compartiment en beide groepen worden omgeven door eigen kernmembraan. Tenslotte ontrollen ze zich uit hun gecondenseerde toestand, waarna ze opnieuw slechts zichtbaar worden als de diffuus ineen gestrengelde draden van chromatine van vóór de deling.
De eigenlijke celdeling is hiermede voltooid en beide dochtercellen gaan over in hun interfase.

Lees verder

• Meiose: de aanmaak van voortplantingscellen
• Structuur van het menselijke DNA
• De vorming van menselijk DNA en RNA
• Ribonucleïnezuur (RNA) en de eiwitsynthese