Metaphase

Im heute gebräuchlichen Modell gliedert sich die Kernteilung in fünf Phasen: Prophase, Prometaphase, Metaphase, Anaphase und Telophase. Die Rückbildung von Kernhülle und Nucleolus sowie die Wanderung der Chromosomen zur Äquatorialebene (Kongression) sind Ereignisse der Prophase bzw. Prometaphase und damit der Metaphase vorgelagert.

Die Verkürzung der Chromosomen bezeichnet man als Kondensation. Die beiden Schwesterchromatiden sind über das Protein Cohesin miteinander verbunden.

Der Spindelapparat geht von den beiden Zentrosomen (Spindelpolen) aus und ist zu Beginn der Metaphase vollständig ausgebildet. Die Spindelmikrotubuli heften nicht direkt an die Zentromere, sondern an die Kinetochore an – Proteinkomplexe, die sich am Zentromer jedes Schwesterchromatids bilden. In der Metaphase ist jedes Chromosom bipolar angeheftet, d.h. die beiden Schwesterchromatiden sind mit Mikrotubuli je eines der gegenüberliegenden Pole verbunden.

Kennzeichnend für die Metaphase ist die vollständige Ausrichtung aller Chromosomen in einer Ebene zwischen den beiden Polen. Diese Anordnung wird als Metaphaseplatte (Äquatorialebene) bezeichnet.

Der Übergang von der Metaphase in die Anaphase wird durch den Spindelkontrollpunkt überwacht. Erst wenn alle Kinetochore korrekt bipolar an den Spindelapparat gebunden sind, wird der Anaphase-Beginn freigegeben. Dann spaltet die Separase das Cohesin, wodurch sich die Schwesterchromatiden voneinander lösen können.

Phasen der Mitose

Da die Chromosomen in der Metaphase maximal kondensiert und einzeln abgrenzbar sind, werden Zellen für die Karyotypisierung gezielt in dieser Phase arretiert (z.B. mit Colchicin bzw. Colcemid) und zum Karyogramm angeordnet.

Voraussetzung für eine fehlerfreie Zellteilung ist die korrekte bipolare Anheftung aller Chromosomen in der Metaphase. Bleibt der Spindelkontrollpunkt wirkungslos oder kommt es zu einer fehlerhaften Anheftung, können Chromosomen falsch auf die Tochterzellen verteilt werden (Nondisjunction). Die Folge ist eine Aneuploidie. In somatischen Zellen trägt eine solche Chromosomeninstabilität zur Entstehung von Tumoren bei, während sie in Keimzellen zu reproduktivem Versagen führt.^[1] Aneuploide Gameten sind eine wesentliche Ursache von Spontanaborten und angeborenen Chromosomenaberrationen wie der Trisomie 21; das Risiko steigt mit zunehmendem mütterlichen Alter.

Die sekundäre Eizelle verharrt physiologisch in der Metaphase der zweiten meiotischen Teilung (Metaphase II). Dieser Arrest wird bis zur Befruchtung aufrechterhalten; erst das Eindringen des Spermiums löst den Abschluss der Meiose mit Abschnürung des zweiten Polkörpers aus.^[1] Dieser Mechanismus ist unter anderem für das Verständnis der In-vitro-Fertilisation und der intrazytoplasmatischen Spermieninjektion (ICSI) relevant.

Der Spindelapparat ist ein wichtiger Angriffspunkt von Zytostatika. Spindelgifte wie Vinca-Alkaloide (Hemmung der Tubulinpolymerisation) und Taxane (Stabilisierung der Mikrotubuli) stören die Ausbildung bzw. Dynamik des Spindelapparats. Dadurch verbleiben die betroffenen Zellen durch den aktivierten Spindelkontrollpunkt in einem Metaphase-Arrest und gehen anschließend in die Apoptose über.

• Alberts B et al. Molecular Biology of the Cell. 6. Aufl. Garland Science; 2015.