Molekuljarnaja Biologija Kletki v2
.pdf
441
Рис. 13-45. Ход митоза в типичной растительной клетке. Микрофотографии живой клетки Haemanthus (лилейные), полученные с помощью метода дифференциального интерференционного контраста (разд. 4.1.5). Необычно крупные хромосомы в этой клетке легко наблюдать.
А. Профаза: хромосомы сконденсировались и ясно видны в ядре клетки (N). Б и В. Прометафаза: ядерная оболочка разрушена и хромосомы взаимодействуют с микротрубочками, отходящими от двух полюсов веретена (Р). Обратите внимание на то, что между представленными здесь стадиями (Б и В) прошло только две минуты. Г. Метафаза: хромосомы расположились в виде метафазной пластинки, а их кинетохоры находятся посередине между обоими полюсами веретена. Д. Анафаза: хромосомы разделились на сестринские хроматиды, которые теперь движутся к противоположным полюсам. Е. Телофаза: хромосомы деконденсируются, образуя два ядра, которые будут видны позже. Ж и 3. Цитокинез: показаны две последовательные стадии формирования клеточной пластинки; она видна как линия, направления роста которой указаны стрелками
(3). (С любезного разрешения Andrew Bajer.)
Рис. 13-46. Центросомный цикл. В интерфазной клетке центросома удваивается с образованием двух полюсов митотического веретена. В большинстве животных (но не растительных) клеток пара центриолей (показанных как пара коротких черных отрезков) погружена в материал центросомы (выделен цветом), от которого растут микротрубочки. В определенный момент фазы Gt две центриоли расходятся на несколько микрон. В течение фазы S возле каждой старой центриоли под прямым углом к ней начинает формироваться дочерняя центриоль. Рост дочерних центриолей обычно завершается в фазе G2. Вначале обе пары центриолей остаются погруженными в единую массу центросомного материала, образующего одну центросому. В ранней фазе М каждая пара центриолей становится частью отдельного центра организации микротрубочек, от которого отходит радиальный пучок микротрубочек - звезда. Две звезды, первоначально лежавшие бок о бок около ядерной оболочки, теперь отходят друг от друга. В поздней профазе пучки полюсных микротрубочек, принадлежащие двум звездам и взаимодействующие между собой, избирательно удлиняются, по мере того как два центра расходятся по двум сторонам ядра. Таким способом быстро формируется митотическое
веретено.
442
ПРОФАЗА
Переход из фазы G2 в фазу М, как это видно в микроскоп, совершается постепенно. Хроматин, который в интерфазе выглядит диффузным, конденсируется в отчетливо видимые хромосомы. Для каждого вида характерно совершенно определенное число хромосом. Каждая хромосома во время предшествующей фазы S радуплицировалась и состоит теперь из двух сестринских хроматид. В каждой из хроматид имеется специфический участок ДНК, называемый центромерой, который необходим для их правильного расхождения. В конце профазы цитоплазматические микротрубочки, составляющие часть интерфазного цитоскелета, распадаются и начинается образование веретена — главного компонента митотического аппарата. Веретено представляет собой двухполюсную структуру, состоящую из микротрубочек и связанных с ними белков. Сборка веретена происходит вначале вне ядра.
ПРОМЕТАФАЗА Про метафаза начинается с быстрого распада ядерной
оболочки на мелкие мембранные пузырьки, неотличимые от фрагментов эндоплазматического ретикулума. Эти пузырьки остаются видимыми около веретена во время митоза. Микротрубочки веретена, которые находились вне ядра, могут теперь проникнуть в ядерную область. У хромосом на каждой центромере образуются особые белковые комплексы, называемые кинетохорами; они прикрепляются к некоторым из микротрубочек веретена, получающим теперь название кинетохорных микротрубочек. Остальные микротрубочки веретена называют полюсными, а те, которые лежат вне веретена, — астральными. Кинетохорные микротрубочки идут в противоположных направлениях от двух сестринских хроматид каждой хромосомы и тянут их в разные стороны, что приводит к интенсивному движению хромосом.
МЕТАФАЗА Кинетохорные микротрубочки в конце концов приводят
каждую хромосому в экваториальную плоскость на полпути между полюсами веретена. Хромосомы образуют здесь метафазную пластинку, в которой они удерживаются натяжением кинетохорных микротрубочек, отходящих от них к противоположным полюсам веретена.
Схема 13-1. Шесть стадий клеточного деления.
443
АНАФАЗА Запускаемая специфическим сигналом, анафаза начинается
с внезапного разделения парных кинетохоров каждой хромосомы, после чего ее две хроматиды начинают медленно расходиться к соответствующим полюсам. Все хроматиды движутся с одинаковой скоростью около 1 мкм/мин. Здесь можно различать движение двоякого рода. Во время анафазы А кинетохорные микротрубочки укорачиваются, по мере того как хромосомы приближаются к полюсам. Во время анафазы В происходит удлинение полярных микротрубочек и полюсы веретена еще дальше отодвигаются друг от друга. Анафаза обычно длится всего лишь несколько минут.
ТЕЛОФАЗА
В телофазе (от греч. telos — конец) разделившиеся дочерние хроматиды подходят к полюсам и кинетохорные микротрубочки исчезают. Полярные микротрубочки продолжают удлиняться, после чего вокруг каждой группы дочерних хроматид образуется новая ядерная оболочка. Конденсированный хроматин начинает разрыхляться, появляются вновь ядрышки (исчезнувшие в профазе), и митоз заканчивается.
ЦИТОКИНЕЗ Это процесс разделения цитоплазмы, он обычно начинается где-то в
анафазе. На схеме показано, как он протекает в животных клетках. Мембрана в экваториальной области (между двумя дочерними ядрами) начинает втягиваться внутрь по направлению к оси веретена; в результате образуется борозда деления, которая постепенно углубляется, пока не дойдет до остатков веретена, расположенного между ядрами. Этот мостик, называемый остаточным тельцем, может некоторое время сохраняться, а затем разрушается, что ведет к полному разделению дочерних клеток.
444
Рис. 13-47. Модель образования двухполюсного) митотического веретена путем селективной стабилизации взаимодействующих микротрубочек. Новые микротрубочки отрастают в случайных направлениях от двух центросом (представленных кружками), к которым они прикреплены своими минус-концами. Их плюс-концы «динамически нестабильны» и резко переходят от равномерного роста к быстрому укорочению, при котором часто деполимеризуется вся микротрубочка (разд. 11.4.3). Когда две микротрубочки от противоположных центросом взаимодействуют в зоне их перекрывания, белки, связанные с микротрубочками, сшивают их друг с другом (показано серым цветом), прикрывая и стабилизируя таким образом их плюс-концы и уменьшая вероятность деполимеризации.
рому, «катастрофическому» распаду, добавляя свои молекулы-субъединицы к пулу неполимеризованного тубулина, содержащегося в цитоплазме
(см. схему 11-2). I
Как показано на рис, 13-46, в центросоме на протяжении всего1 клеточного цикла происходят изменения. Где-то в фазе S пара центриолей реплицируется, оставаясь внутри одного скопления центросомного материала. В профазе центросома расщепляется и каждая дочерняя центросома становится центром отдельной звезды - структуры из микротрубочек, концы которых погружены в материал центросоми. Микротрубочки обеих звезд удлиняются до соприкосновения друг с другом, после чего две центросомы расходятся. Затем, в прометафазе, ядерная оболочка разрушается, и это позволяет микротрубочкам от каждой центросомы проникать в ядро и взаимодействовать с хромосомами. Две дочерние центросомы называют теперь двумя полюсами веретена.
Как полагают, только что описанные события обусловлены происходящими в профазе существенными изменениями стабильности микротрубочек и свойств центросомы. Мы уже упоминали о том, что, судя по имеющимся данным, фактор MPF вызывает переход в фазу М, инициируя каскад фосфорилирования целого ряда белков (разд. 13.2.5).
При этом фосфорилируются некоторые молекулы, взаимодействующие с микротрубочками, поскольку при переходе клетки в профазу время полужизни средней микротрубочки уменьшается примерно в 20 раз (от примерно 5 мин до 15 с, см. рис. 13-48). Это, видимо, связано с резким повышением вероятности того, что типичная растущая микротрубочка начнет укорачиваться в результате какого-то изменения на ее плюсконце (разд. 11.4.3, схема 11-2), а также происходящего в профазе изменения центросомы, сильно увеличивающего ее способность к образованию новых микротрубочек (это можно наблюдать in vitro). Этих двух изменений достаточно для того, чтобы объяснить, почему в начале фазы М отмечается быстрый переход от сравнительно малого числа длинных микротрубочек, отходящих от центросомы к периферии клетки (интерфазное скопление микротрубочек), к большому числу коротких микротрубочек, окружающих каждую центросому (см. профазу на рис. 13-46).
Полагают, что в ходе митоза удлиняющиеся концы микротрубочек, отходящих от полюсов веретена, наталкиваются на структуры, которые связываются с ними и стабилизируют их против катастрофического разрушения. Поскольку каждый полюс испускает микротрубочки в разных направлениях, такая избирательная стабилизация и создает характерную двухполюсную форму митотического веретена, в котором большинство микротрубочек отходит от двух полюсов к экваториальной пластинке, находящейся на полпути между ними. Те микротрубочки, которые пересекают экватор, могут селективно стабилизироваться присоединяющимися к ним белками - эти белки сшивают соседние параллельные микротрубочки противоположной полярности (рис. 13-47). В метафазе веретено в клетках высших животных и растений может содержать до нескольких тысяч микротрубочек, тогда как у некоторых грибов их всего лишь около 40.
Хотя некоторые микротрубочки в веретене частично стабилизированы против спонтанного разрушения, большинство из них продолжает обмениваться своими субъединицами с пулом растворенных молекул тубулина в цитозоле. Этот обмен может быть непосредственно измерен с помощью метода, представленного на рис. 13-48. Его можно также выявить, помещая митотические клетки в условия, обратимо сдвигающие равновесие между полимеризацией и деполимеризацией тубулина, и наблюдая двойное лучепреломление микротрубочек веретена в поляризованном свете (рис. 13-49). Если митотические клетки поместить
445
Рис. 13-48. Результаты исследования, показывающие, что микротрубочки в М-фазной клетке в среднем гораздо более динамичны, чем в интерфазе. В клетки млекопитающих в культуре инъецировали тубулин с ковалентне присоединенным флуоресцентным красителем. По
прошествии времени, необходимото для включения флуоресцентного тубулина в микротрубочки, в небольшом участке весь тубулин обесцвечивали интенсивным лазерным лучом. Восстановление флуоресценции в облученном участке микротрубочек, вызванное заменой их обесцвеченных субъединиц необесцвеченным флуоресцентным тубулином из пула субъединиц в растворе, было затем представлено в виде функции времени. Время 50%-ного восстановления флуоресценции, ti,2, как полагают, равно времени, необходимому для того, чтобы половина микротрубочек в этом участке деполимеризовалась и восстановилась. (По данным W. М. Saxon et al., J. Cell Biol. 99: 2175-2187, 1984, by copyright permission of the Rockefeller Univ. Press.)
в тяжелую воду (D2O) или обработать таксолом (эти воздействия подавляют разборку микротрубочек), то нити веретена будут удлиняться. Такое стабилизированное веретено не может тянуть хромосомы, и митоз останавливается. Но митоз блокируется и при прямо противоположном воздействии, если нити веретена обратимо разрушить с помощью одного из трех агентов, подавляющих сборку тубулина в микротрубочки, - колхицина, низкой температуры или высокого гидростатического давления. Тот факт, что ни стабилизированные, ни деполимеризованные микротрубочки веретена не в состоянии перемещать хромосомы, указывает на то, что для правильного функционирования веретена необходимо тонкое равновесие между сборкой и разборкой. Прежде чем рассматривать механизм таких движении, мы опишем более подробно организацию веретена и расположение хромосом в митозе.
13-25
13.5.3. Во время митоза хромосомы прикрепляются к мнкротрубочкам своими кинетохорами [37]
Реплицированные хромосомы прикрепляются к митотическому веретену с помощью структур, называемых кинетохорами, В начале М- фазы каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид, спаренных по всей их длине, но соединенных главным образом возле их центромер-специализированных последовательностей ДНК, необходимых для расхождения хромосом. В поздней профазе на каждой центромере
Рис. 13-49. Изолированное метафазное веретено. Использованы три различных метола световой микроскопии: дифференциальный интерференционный контраст (А), фазовый контраст (Б) и микроскопия в поляризованном свете (В). (С любезного разрешения Е. D. Salmon, R.R.
Segall, J. Cell Biol. 86: 355-365, 1980. Repr. by copyright permission of the Rockefeller Univ. Press.)
446
Рис. 13-50. Схематическое изображение метафазной хромосомы с ее двумя сестринскими хроматидамн, к которым прикреплены кинетохорные микротрубочки.
образуется по одному зрелому кинетохору, т. е. имеется теперь два кинетохора (на двух сестринских хроматидах), ориентированных в противоположных направлениях. В метафазе к каждому кинетохору уже прикреплены микротрубочки (рис. 13-50). У большинства организмов кинетохор представляет собой крупный, состоящий из многих белков комплекс, который на электронных микрофотографиях выглядит как пластинчатая трехслойная структура (рис. 13-51). Число микротрубочек, связанных с каждым кинетохором, у разных видов весьма различно: например, у человека их бывает от 20 до 40, а у дрожжей и некоторых других микроорганизмов -только одна, т.е. одной микротрубочки оказывается достаточно, чтобы тянуть хромосому.
Информация, определяющая специфическую конструкцию кинетохора в специфическом участке хромосомы, должна быть заключена в самой последовательности ДНК центромеры. У дрожжей центромер-ную ДНК можно выявить генетическим методом, благодаря ее способности обеспечивать регулярное наследование плазмид; без ее содействия плазмиды распределяются между дочерними клетками неравномерно и теряются. С помощью методов молекулярной генетики показано, что у дрожжей Saccharomyces ccrevisiae все 17 хромосом содержат разные центромерные последовательности длиной около 110 пар оснований (рис. 13-52); тем не менее во всех этих последовательностях имеются значительные гомологичные участки, которые могут инвертироваться или перемещаться из одной хромосомы в другую без потери функции. Центромерная последовательность дрожжей связывает специфические белки, которые, видимо, инициируют формирование многобелкового комплекса (кинетохора), а этот комплекс в свою очередь связывается с концом одной микротрубочки. Как полагают, у млекопитающих центромеры состоят из других, гораздо более длинных последовательностей ДНК и формируют более крупные кинегохоры, способные связывать много микротрубочек.
Неожиданная возможность изучать белки кинетохора у млекопитающих появилась, когда стало известно, что у больных некоторыми формами склеродермы (болезни неизвестной природы, связанной с прогрессирующим фиброзом соединительной ткани кожи и других органов), образуются антитела, специфически реагирующие с кинетохорами. Если такие антитела с флуоресцентной меткой использовать для окрашивания делящихся клеток, получается определенный рисунок флуоресцирующих пятен, каждое из которых отмечает положение кинетохора. Такой же пятнистый рисунок создается и в неделящихся клетках; при этом число пятен в клетке соответствует числу ее хромосом (рис. 13-53), и можно думать, что какой-то предшественник кинетохора связан с каждой центромерой даже в интерфазном ядре. Антитела склеродермы сделали также возможным клонирование генов, кодирующих некоторые из
Рис. 13-51. Кинетохоры. В метафазной хромосоме (А), окрашенной аутоантителами человека, реагирующими со специфическими белками кинетохора, выявляются два кинетохора, каждый из которых связан со своей хроматидой (S). На электронной микрофотографии В-
анафазная хроматида с микротрубочками, прикрепленными к кинетохору. Хотя большинство кинетохоров трехслойные, тот, который показан здесь (из зеленой водоросли), имеет необычно сложную структуру с дополнительными слоями. (А и Б с любезного разрешения Bill Brinkley; С - из J.D.
Pickett-Heaps, L. С. Fowke, Aust. J. Biol. Sci. 23: 71-92, 1970. Repr. by permission of CSIRO.)
447
Рис. 13-52. Последовательность ДНК в типичной центромере дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Представленной здесь последовательности достаточно, чтобы обеспечить правильное расхождение хроматид; она служит для сборки белков кинетохора, к которым
прикрепляется одна микротрубочка.
Рис. 13-53. Иммунофлуоресцентное окрашивание кинетохоров в интерфазных клетках с помощью антител, специфически связывающихся с белком кинетохора. В использованных клетках сумчатого относительно мало хромосом. А. В клетках, находящихся в фазе G1, окрашивается один кинетохор на хромосому. Б. В фазе G2 на одну хромосому окрашиваются два кинетохора. (S. L. Brenner, В. В. Brinkley, Cold
Spring Harbor Symp. Quant. Biol. 46: 241-254, 1982.)
многочисленных белков, ассоциированных с кинетохорами, так что теперь эти обычно редкие белки можно производить в больших количествах, используя метод рекомбинантной ДНК, а затем изучать их взаимодействие друг с другом, с ДНК и с микротрубочками.
Как микротрубочки и кинетохоры соединяются друг с другом? Их связывание имеет ряд уникальных особенностей. Если химически помеченный тубулин инъецировать в митотическую клетку в метафазе, он будет непрерывно включаться в микротрубочки около точки их прикрепления к кинетохору (рис. 13-54). Как мы увидим позже, в анафазе имеет место обратная реакция: молекулы тубулина отделяются от микротрубочки в участке вблизи кинетохора, так что последний перемещается по направлению к полюсу веретена. Здесь трудно понять то, что кинетохор, несмотря на присоединение и удаление молекул тубулина, сохраняет прочную механическую связь с микротрубочками - ведь именно за эту точку прикрепления они тянут хромосомы сквозь протоплазму. Таким образом, кинетохор, по-видимому, действует наподобие скользящего ошейника, поддерживая боковую связь с субъединицами полимеризованного тубулина около конца микротрубочки и позволяя в то же время добавлять или удалять на этом конце молекулы тубулина (см. ниже рис. 13-61).
13-28
13.5.4. По-видимому, кинетохоры захватывают плюс-концы микротрубочек, отходящих от полюса веретена [38]
Распад ядерной оболочки, знаменующий конец профазы и начало лрометафазы, позволяет митотическому веретену взаимодействовать с хромосомами. Конечный результат этого взаимодействия состоит в том, что каждому дочернему ядру будет передано в точности по одной
Рис. 13-54. Опыт, показывающий, что метафазные микротрубочки кинетохора растут с конца, прикрепленного к кинетохору (плюсконца). В метафазную клетку млекопитающего in vitro инъецировали тубулин, ковалентне связанный с малой органической молекулой (биотипом).
Спустя 1 мин клетку фиксировали и окрашивали антителами к биотину, связанными с золотыми шариками, а затем приготовляли срезы для электронной микроскопии. Участки микротрубочек, включавшие биотинилированный тубулин в течение минуты после инъекции, усыпаны темными точками золота (цветные стрелки), а участки, существовавшие ранее, не окрашены (черные стрелки). (Фотография любезно предоставлена
Luise Evans.)
448
хроматиде каждой хромосомы. В этом процессе распределения хроматид важную роль играют прикрепленные к кинетохорам микротрубочки, которые 1) ориентируют каждую хромосому относительно оси веретена таким образом, чтобы ее два кинетохора были обращены к двум противоположным полюсам клетки, и 2) перемещают каждую хромосому в экваториальную плоскость клетки, где хромосомы образуют метафазную пластинку. В клетках млекопитающих этот процесс занимает 10-20 мин и завершается к концу прометафазы.
Для прометафазы характерна чрезвычайно высокая активность веретена, которое как бы стремится захватить все хромосомы и расположить их в виде метафазной пластинки. И действительно, хромосомы энергично вращаются и движутся туда и сюда между полюсами, так как их кинетохоры присоединены к микротрубочкам, растущим от одного и от другого полюса веретена, и эти микротрубочки тянут их в разные стороны. Первоначальное прикрепление хромосомы обычно происходит тогда, когда она находится у одного из полюсов, и в это время микротрубочки присоединяются только к одному кинетохору; в конце концов и второй кинетохор связывается с микротрубочками, растущими уже от другого полюса. Эти беспорядочные движения хромосом в прометафазе и их окончательная случайная ориентация обеспечивают случайное распределение хроматид между дочерними клетками, что очень важно для перекомбинирования генов во время аналогичного деления ядра в мейозе
(разд. 15.2.7).
От полюса отходят только плюс-концы микротрубочек, и именно эти концы связываются с кинетохорами. Таким образом, кинетохор действует как «колпачок» («cap»), в какой-то мере предохраняющий плюс-конец микротрубочки от деполимеризации, точно так же как центромера у полюса веретена предохраняет от деполимеризации' минус-конец. Неудивительно поэтому, что прикрепленные к кинетохору микротрубочки, прикрытые с обоих концов, необычайно стабильны. Другие микротрубочки веретена (называемые полюсными} менее стабильны.
Хотя микротрубочки кинетохора стремятся подтянуть хромосому к соответствующему полюсу (см. ниже), какая-то другая сила, повидимому, отталкивает те хромосомы, которые подходят к полюсу слишком близко. Если плечи хромосомы отделить с помощью лазерной микрохирургии от кинетохора, то у них будет заметна тенденция удаляться от ближайшего полюса веретена, даже если они не прикреплены к микротрубочкам или к какой-либо иной клеточной структуре. Одно из возможных объяснений-то, что быстрая полимеризация микротрубочек веретена в направлении от каждого полюса создает «общий поток», который увлекает всякую крупную незакрепленную структуру, такую как плечи хромосом, дальше от полюсов.
13.5.5. Сестринские хроматиды прикрепляются своими кинетохорами к противоположным полюсам веретена [39]
В ранней прометафазе оба кинетохора одной хромосомы могут прикрепиться к нитям от одного и того же полюса веретена. Однако такая или иная аномальная конфигурация, которая привела бы к ошибке в расхождении хромосом, почти всегда исправляется. По-видимому, сбалансированное расположение, при котором сестринские кинетохоры прикреплены к разным полюсам веретена, наиболее стабильно. На возможную причину этого указывают результаты экспериментов, в которых изучался механизм прикрепления хромосом к митотическому веретену.
Изящные опыты, в которых с помощью тончайших стеклянных игл можно было тянуть или толкать хромосомы в живой митотической клетке, показали, что определенный кинетохор не должен быть обяза-
449
тельно направлен к определенному полюсу, подобно концу магнитной стрелки: если хромосому перевернуть, тот же кинетохор может установить связь и с противоположным полюсом. Более того, в прометафазе можно путем микроманипуляции заставить оба кинетохора какой-либо хромосомы связаться с одним и тем же полюсом веретена. Если такая аномальная связь сохранится, то вся хромосома (как пара соединенных сестринских хроматид) будет двигаться к соответствующему полюсу. Как правило, однако, такая связь нестабильна - обычно к хромосоме присоединяются новые микротрубочки от другого полюса с тем, чтобы образовать правильную сбалансированную конфигурацию. С другой стороны, если движению неправильно связанной хромосомы препятствовать стеклянной иглой, то связь этой хромосомы только с одним полюсом становится стабильной: видимо, соединение микротрубочек с кинетохором укрепляется тянущей силой, направленной к полюсу. Поэтому только хромосомы, соединенные с обоими полюсами, будут сохранять связь с микротрубочками и, таким образом, стабильно взаимодействовать с веретеном.
Усилие, развиваемое микротрубочками от разных полюсов, не только стабилизирует взаимодействие этих микротрубочек с кинетохорами, но также в конечном счете приводит каждую хромосому в плоскость метафазной пластинки, о чем сейчас и пойдет речь.
13.5.6. Сбалансированные силы, направленные к противоположным полюсам, удерживают хромосомы в метафазной пластинке [40]
Почему хромосомы в метафазе выстраиваются на равном расстоянии от обоих полюсов веретена, образуя метафазную пластинку? Опыты по перемещению хромосом стеклянной иглой показывают, что сила, приложенная к кинетохору, пропорциональна длине прикрепленных к нему нитей, т. е. она уменьшается по мере приближения кинетохора к тому полюсу, с которым он соединен (рис. 13-55). Каждая хромосома соединена как бы «пружиной» с каждым из двух полюсов веретена, так что любое смещение к какому-то одному полюсу создает противодействующую силу в обратном направлении. Веретено, образующееся в результате такого взаимодействия в метафазе, показано на рис. 1356.
Эти силы продолжают действовать на хромосомы и после того, как те расположились в виде метафазной пластинки. Поэтому и здесь хромосомы совершают колебательные движения в обоих направлениях, поддерживая равновесие этих сил. Если нити, прикрепленные к одному из пары метафазных кинетохоров, разрушить лучем лазера, то вся
Рис. 13-55. Хромосомы случайным образом попадают в веретено во время прометафазы и в конце концов выстраиваются в экваториальной плоскости веретена, так как сила, действующая на каждый кинетохор, тем меньше, чем он ближе к полюсу. Поэтому хромосомы,
оказавшиеся на экваторе, удерживаются там под действием уравновешенных сил притяжения к двум полюсам.
450
Рис. 13-56. Упрощенная схема мятотического веретена в метафазе. Веретено строится из двух полуверетен (показанных черным и красным цветом), каждое из которых включает кинетохоры, полюсные микротрубочки и микротрубочки звезды. Полярность микротрубочек показана направлением стрелок. Полюсные нити веретена, отходящие от его противоположных полюсов, имеют зону перекрывания (изображена серым цветом), где связанные с микротрубочками белки могут сшивать их. Обратите внимание, что в этой зоне микротрубочки антипараллельны.
хромосома тотчас начнет двигаться к тому полюсу, связь с которым не нарушена. Точно так же, если в метафазе две хроматиды разъединить, то они начнут двигаться к противоположным полюсам, как в анафазе. Судя по этим результатам, как только два кинетохора каждой хромосомы разделятся, хроматиды начинают расходиться к полюсам под действием тех же самых сил, которые раньше привели к образованию метафазной пластинки.
Метафаза занимает значительную часть периода митоза (см. рис. 13-43), как будто клетки выжидают, пока все их хромосомы не расположатся надлежащим образом в экваториальной плоскости. Некоторые эксперименты подкрепляют это представление. Многие клетки останавливаются в митозе на несколько часов или дней, если их обработать такими агентами, как колхицин или винбластин, деполимеризующими микротрубочки; в самом деле, этот способ остановки клеточного цикла широко используют, когда нужно получить большое количество митотических клеток для цитологического анализа их конденсированных хромосом (разд. 9.2.3). После удаления агента митотическое веретено быстро регенерирует, и нередко нормальный митоз возобновляется, как только хромосомы правильно расположатся в метафазной пластинке. Высказывалось предположение, что хромосома с неприсоединенным кинетохором служит источником диффундирующего фактора, который в норме задерживает переход к анафазе, предоставляя дополнительное время для правильного присоединения. Если такой фактор существует, то при воздействии агентов, разрушающих веретено, следует ожидать появления мощного сигнала, приводящего к продлению метафазы.