染色体カウンタで見る体細胞分裂Mitosis with a Chromosome Counter

1予想しよう（触る前に）Predict (before you touch anything)

1. S期でDNAが複製されてDNA量が2倍になると、細胞の染色体数も2倍になると思いますか。When DNA is replicated in S phase and the DNA amount doubles, do you think the number of chromosomes in the cell also doubles?💡 複製されたあとの2本の染色分体がどこでつながっているかに注目しましょう。Pay attention to where the two copied chromatids are joined after replication.
2. 紡錘体(ミクロチューブ)のはたらきを薬で妨げると、分裂はどうなると思いますか。If a drug blocks the spindle (microtubules), what do you think happens to cell division?💡 中期から後期にかけて、染色体を動かしているのは何かを考えてみましょう。Think about what moves the chromosomes from metaphase to anaphase.

2動かしてみようTry it

1. 「染色体数」を「2n = 4」にしたまま「再生」で G1 期から見始め、S期の間に右の「染色体数（1細胞あたり）」と「DNA量（C値、G1期の2n細胞＝2C）」の数値がどう変わるかを記録する。With "Chromosomes" set to "2n = 4", press "Play" and watch from G1. During S phase, record how the numbers in "Chromosome number (per cell)" and "DNA amount (C value; 2n cell in G1 = 2C)" on the right change.
2. 「期へジャンプ」の「前期」「中期」ボタンを押し、核膜の消失、中心体の両極への移動、動原体ミクロチューブが染色体を赤道面に並べる様子を観察する(必要なら「停止」で止める)。Press the "Prophase" and "Metaphase" buttons under "Jump to phase" and observe the nuclear envelope disappearing, the centrosomes moving to the poles, and kinetochore microtubules lining the chromosomes up at the equator (use "Pause" if needed).
3. 「後期」を押し、姉妹染色分体が分かれて動原体ミクロチューブの縮短とともに両極へ引かれる様子と、染色体数・DNA量の表示を読み取る。続けて「終期」「細胞質分裂」の分裂溝のくびれと、分裂完了時の娘細胞A・Bの表示を確認する。Press "Anaphase" and watch the sister chromatids separate and be pulled to the poles as the kinetochore microtubules shorten; read the chromosome number and DNA amount. Then follow "Telophase" and "Cytokinesis" to see the cleavage furrow pinch in, and check the values for daughter cells A and B when division is complete.
4. 「紡錘体阻害」を 60 % にして「前期」から再生し、中期で各染色体の状態と警告表示を読む。そのあと阻害を 0 % に戻して分裂が進むか確かめる。Set "Spindle inhibitor" to 60 % and play from "Prophase". In metaphase, read the state of each chromosome and the warning message. Then return the inhibitor to 0 % and check whether division continues.
5. 「染色体数」を「2n = 6」に変えて「後期」を押し、各極に何本ずつ配られるかを確かめる。Change "Chromosomes" to "2n = 6", press "Anaphase", and check how many chromosomes go to each pole.

3確かめようCheck

1. S期の間、DNA量と染色体数はそれぞれどうなりましたか。During S phase, what happened to the DNA amount and to the chromosome number?→ DNA量は 2.00C から連続的に増えて(途中で約2.95C など)G2期には 4.00C になったが、染色体数は「4 本（2n = 4）」のままだった。姉妹染色分体は動原体で結ばれていて1本の染色体と数えるからである。The DNA amount rose smoothly from 2.00C (for example about 2.95C partway) to 4.00C by G2, but the chromosome number stayed at "4 chromosomes (2n = 4)", because sister chromatids joined at the centromere count as one chromosome.
2. 中期では染色体はどこに、どのように並びましたか。In metaphase, where and how did the chromosomes line up?→ 両極の中心体から伸びた動原体ミクロチューブが左右の動原体に付着し、すべての染色体が赤道面に1列に並んだ。Kinetochore microtubules from the centrosomes at both poles attached to the kinetochores on each side, and all the chromosomes lined up in one row on the equator.
3. 後期から分裂完了までに、染色体数とDNA量の表示はどうなりましたか。From anaphase to the end of division, what did the chromosome number and DNA amount show?→ 後期には「各極 2n = 4（左極 4 本 ／ 右極 4 本）」、DNA量は「4.00C（左 2.0C ＋ 右 2.0C）」となり、分裂完了では「娘A 4 本 ／ 娘B 4 本」「娘A 2.0C ／ 娘B 2.0C」になった。2n = 6 では各極に6本ずつ配られた。In anaphase it showed "Each pole 2n = 4 (left 4 / right 4)" and "4.00C (left 2.0C + right 2.0C)"; when division was complete it showed "Daughter A 4 / Daughter B 4" and "Daughter A 2.0C / Daughter B 2.0C". With 2n = 6, each pole received 6.
4. 紡錘体阻害を 60 % にしたとき、中期で何が起こりましたか。What happened in metaphase with the spindle inhibitor at 60 %?→ 一部の染色体が「片側（右極）のみ付着→不整列」などの状態になって赤道面に並べず、「中期で停止（分裂不全）」となり後期へ進まなかった。阻害を 0 % に戻すとミクロチューブが付着し、後期へ進んだ。Some chromosomes showed states such as "Only right pole attached → not aligned" and could not reach the equator, so the cell showed "Metaphase arrest (division failed)" and did not enter anaphase. Returning the inhibitor to 0 % let the microtubules attach, and the cell went on to anaphase.

4考えようThink further

1. S期でDNAを複製しておかないと、分裂後の娘細胞はどうなってしまうでしょうか。What would happen to the daughter cells if DNA were not replicated in S phase?→ 各染色体が染色分体1本のままでは両極に1本ずつ分けることができず、娘細胞に渡る遺伝情報(DNA量)が親の半分になったり、染色体が欠けたりする。複製で4Cにしてから2Cずつ等分するので、娘細胞は親と同じ遺伝情報をもてる。If each chromosome were still a single chromatid, it could not be split one copy to each pole, so the daughter cells would get only half the parent's genetic information (DNA) or lose chromosomes. Copying to 4C first and then sharing 2C each gives both daughters the same genetic information as the parent.
2. コルヒチンのような紡錘体のはたらきを妨げる薬を使うと、分裂中期の細胞が多く集まるのはなぜでしょうか。Why do cells pile up in metaphase when a drug that blocks the spindle, such as colchicine, is used?→ ミクロチューブが動原体に付着できないと染色体が赤道面に整列できず、すべての動原体が両極に付着するまで後期へ進まないしくみ(紡錘体チェックポイント)によって中期で止まるから。シミュレーションでも阻害を上げると中期で停止した。Without microtubules attached to the kinetochores, the chromosomes cannot line up at the equator, and a control (the spindle checkpoint) prevents anaphase until every kinetochore is attached to both poles, so the cells stop in metaphase. The simulation also stopped in metaphase when the inhibitor was raised.

よくある誤解Common misconceptions

• 「DNAが複製されると染色体の数も2倍になる」という誤解。複製後の姉妹染色分体は動原体で結ばれた1本の染色体として数えるので、間期〜中期の染色体数は2nのままである。"When DNA is replicated, the chromosome number doubles too." Sister chromatids joined at the centromere count as one chromosome, so the number stays 2n from interphase through metaphase.
• 「染色体は自分で動いて両極へ移動する」という誤解。染色体は動原体に付着したミクロチューブ(紡錘体)が縮むことで引かれており、紡錘体がはたらかなければ分離は進まない。"Chromosomes move to the poles on their own." They are pulled by shortening microtubules (the spindle) attached to their kinetochores; without a working spindle, separation does not happen.

用語（日本語 / English）Key terms (Japanese / English)