Рис. 3-3. Структуры митотического веретена. А — микротрубочка. Б — центросома состоит из пары центриолей и примыкающей цитоплазмы, содержащей γ-тубулин. 10–13
молекул γ-тубулина формируются γ-тубулиновые кольца, которые служат затравками, инициирующими начало полимеризации тубулиновых гетеродимеров. Растущие микротрубочки (–)-концами ассоциированы с центросомой, а их (+)-концы в виде лучей радиально направлены в цитоплазму (астральные микротрубочки). В — митотическое веретено [В — по Ю.И. Афансьеву и Н.А. Юриной, 1989].
Цитостатики
Ряд агентов (цитостатики, или статмокинетики) нарушает сборку или распад микротрубочек, что блокирует митоз и внутриклеточный транспорт. Это свойство цитостатиков широко используют в клинике (преимущественно в онкологии) при химиотерапии некоторых опухолей для блокады пролиферации трансформированных клеток.
oКолхицин связывается с субъединицами тубулина и препятствует их присоединению к (+)-концу микротрубочек, блокируя их рост. При этом продолжающаяся деполимеризация микротрубочек с (–)-конца приводит к полной разборке всех микротрубочек. Колхицин действует в М-фазе клеточного цикла, препятствуя образованию митотического веретена и как следствие этого делению клеток.
11
o Алкалоиды Vinca rosea. Винбластин и винкристин имеют тот же эффект, что и колхицин. Они специфически действуют на клетки в М- фазе.
oТаксол выделен из коры тиса. В отличие от алкалоидов Vinca rosea и колхицина, подавляющих сборку микротрубочек, таксол, связываясь с микротрубочками, препятствуют их деполимеризации, что приводит к образованию стабильных микротрубочек. В митозе появление устойчивых к деполимеризации микротрубочек вызывает тот же эффект, что и алкалоиды Vinca rosea и колхицин: происходит торможение пролиферации клеток. Таксол действует в поздней G2- и M-фазах клеточного цикла. Этот мощный ингибитор деления эукариотических клеток используют в качестве антибластомного препарата.
Митотический цикл
В ходе митоза делятся ядро (кариокинез) и цитоплазма (цитокинез). Митоз делится на фазы: профаза, прометафаза, метафаза, анафаза, телофаза (рис.
3-4).
•Профаза. Хромосомы спирализуются (конденсируются) и приобретают вид нитей, хорошо различимых в световой микроскоп. Каждая из них представлена двумя тесно прилегающими друг к другу дочерними (сестринскими) хроматидами, связанными во ? точках. Ядрышко разрушается. Ядерная оболочка распадается на пузырьки, а е ё плотная пластинка исчезает в связи с деполимеризацией микрофиламентов. В цитоплазме уменьшается количество структур гранулярной эндоплазматической сети и число полисом. Фактически прекращается синтез РНК, интенсивность синтеза белка снижается на 75%. Комплекс Гольджи распадается на везикулы. Центриоли двумя парами (диплосомы) расходятся к полюсам клетки, происходит формирование митотического (пролиферативного) аппарата, в который входят центриоли и веретено деления, состоящие из микротрубочек. Описанное соответствует событиям в клетках животных.
o В клетках большинства видов растений формирование веретена деления происходит без участия центриолей. Механизм поляризации веретена деления и митоза в целом в данном случае точно неизвестен.
•Прометафаза. Формирование веретена деления завершается. Полимеризация тубулиновых субъединиц осуществляют микротрубочки трех видов: кинетохорные — между центромерами
12
хроматид и диплосомами; астральные — от диплосом к плазмолемме; полярные идут от разнополярных диплосом к центру клетки, где перекрываются, не вступая в прямые контакты. Микротрубочки веретена деления прикрепляются к центромерам (кинетохорам) хромосом и обеспечивают направленное перемещение дочерних хромосом. Хромосомы направляются к экватору деления.
•Метафаза. Максимально спирализованные хромосомы выстраиваются в плоскости экватора клетки (метафазная пластинка или «материнская звезда»). К концу фазы хроматиды сохраняют лишь кажущуюся связь в области центромер (кинетохоры). Их плечи располагаются параллельно друг другу с хорошо различимой щелью между ними. Специальным образом приготовленные препараты метафазных пластинок цитогенетики используют для исследования кариотипов.
o В клетках растений в метафазе хромосомы нередко располагаются в экваториальной плоскости без строгого порядка.
•Анафаза. Наиболее короткая по продолжительности фаза митоза. Дочерние (сестринские) хроматиды в качестве уже самостоятельных хромосом, будучи ориентированными центромерными участками к одному из полюсов, а теломерными (концевыми) — к экватору клетки, перемещаются к клеточным полюсам со скоростью 0,2-0,5 µм/мин. Хромосомы становятся похожими на шпильки. По завершении движения на полюсах собирается два равноценных набора хромосом («дочерние звезды»), предназначенных для дочерних клеток. Предположительно, анафазные движения хромосом обеспечиваются действием ряда механизмов: разборкой и, следовательно, укорочением кинетохорных микротрубочек веретена деления; удлинением полярных микротрубочек. Если первый механизм способствует приближению расходящихся хромосом к полюсам веретена деления, то второй — расхождению самих полюсов относительно экватора клетки. Не исключено также участие специальных белков-транслокаторов, функции которых — либо содействие перемещению хромосом вдоль кинетохорных микротрубочек, либо «наращивание» полярных микротрубочек.
•Телофаза. Завершающую фазу митоза нередко делят на раннюю и позднюю. Важнейшее событие ранней телофазы — реконструкция ядер будущих дочерних клеток. Достигшие к концу анафазы клеточных полюсов хромосомы входят в контакт с пузырьками, представляющими собой производные мембран разрушающейся в
13
профазе ядерной оболочки. В стенки пузырьков встраиваются поровые комплексы. Через них внутрь пузырьков поступают белки ядерной пластинки, восстановление которой способствует слиянию пузырьков. В результате каждая из хромосом оказывается окружённой как бы собственной оболочкой, по структуре соответствующей ядерной. Описанные образования ранней телофазы получили название «мини-ядра» или «кариомеры». Соответственно наличию в делящейся клетке двух полюсов (диплосом), они формируют две полярные группы, которые и дают в результате слияния образующих эти группы кариомеров дочерние ядра («дочерние клубочки»). К важным событиям телофазы относятся также деспирализация (деконденсация) хромосом, начало восстановления ядрышка, разрушение веретена деления. Итогом поздней телофазы является разделение тела материнской клетки (цитотомия, цитокинез). В клетках животных это происходит путем образования перетяжки в экваториальной области. В клетках растений с их ригидными (неподатливыми) клеточными стенками деление материнской клетки на две происходит путем построения перегородки.
14