Классификация патологий митоза (И.А. Алов, 1972).
Занятие № 12.
Редупликация центриолей.
Аппарат движения. Митоз.
1. Центриолярный и центросомный циклы.
На протяжении клеточного цикла центриоли и центросома претерпевают структурные изменения, обусловленные выполняемыми ими в зависимости от стадии функциями. В связи с этим возникло понятие о центриолярном и центросомном циклах. Имеющиеся в литературе данные позволяют говорить о параллельном и независимом от редупликации ДНК их течении. Остановимся поподробнее на цикле редупликации центриолей.
В настоящее время можно считать твердо установленным тот факт, что начало репликации ДНК не совпадает с началом репродукции центриолей. Этот процесс в различных клетках сдвинут в большей или меньшей степени к середине S-периода. Первая стадия образования центриолей – инициация. На этом этапе происходит закладка новой центриоли, иначе называемой процентриолью. На первом этапе образования процентриоль состоит из 9 одиночных микротрубочек, и лишь затем формируются дуплеты и триплеты.
Далее, в течение S-периода, осуществляется удлинение процентриоли – элонгация. Практически во всех гепатоцитах на этой стадии у половины материнских центриолей были обнаружены сателлиты (от 1 до 3), имеющие головку, от которой могут отходить микротрубочки. Длина дочерней центриоли в гепатоцитах регенерирующей печени мыши составляет 1/2 длины материнской центриоли, в клетках культуры 3Т3 – 1/3, в клетках культуры СПЭВ – 1/2.
|
|
|
Рост центриоли продолжается и в G2-периоде; теперь её длина составляет 3/4 от размера материнской центриоли гепатоцита (или, например, 2/3 – для клеток щитовидной железы). Все центриоли на этой стадии формируют диплосомы, сателлиты обнаруживаются лишь изредка и при этом лишены головки.
Терминация роста дочерней центриоли обычно наблюдается к митозу: в клетках культуры СПЭВ и 3Т3 в прометафазе, в эпителии щитовидной железы в телофазе или даже в раннем G1-периоде.
Таким образом, дупликация центриолей идет по полуконсервативному механизму, заключающемуся в разъединении диплосомы и формировании новой центриоли в паре со старой. Вопрос о том, почему для образования новой, дочерней, центриоли необходима старая, материнская, центриоль, пока еще остается открытым. Вероятно, материнская центриоль обладает специфическими структурами, принимающими участие в этом процессе. С другой стороны, в литературе существуют данные, подтверждающие возможность образования центриолей de novo, в отсутствие материнской центриоли.
Следует также отметить, что дупликация центриолей, как и репликация ДНК, зависит от активности циклин Е-Cdk2, а также от циклин А-Cdk2. Ингибирование комплекса циклин Е-Cdk2 при помощи р27 блокирует образование центриолей.
|
|
|
Процессы репликации центриолей и расхождения к полюсам во время митоза обеспечивают поддержание постоянного числа центриолей в клетке. При анализе ультраструктуры клеток печени мыши было показано, что число центриолей соответствует плоидности клетки. Вне зависимости от их количества центриоли формируют в клетке единый комплекс, названный центриолярным.
Преобразования, наблюдаемые в центриолярном цикле, связаны с морфологическими изменениями перицентриолярного материала. Морфофункциональные преобразования центросомы в клеточном цикле составляют центросомный цикл. Перицентриолярные сателлиты исчезают в G2-периоде, и вместо них около обеих материнских центриолей начинает образовываться фибриллярное гало – центр организации микротрубочек веретена деления. Ядерный и центросомный циклы синхронизируются в сверочных точках (checkpoints), что обеспечивает своевременную редупликацию ДНК и центриолей.
Аппарат движения.
Терминами базальное тело, кинетосома, блефаропласт обозначают органеллу, из которой развивается ресничка или жгутик. Как оказалось, все они во многих случаях имеют строение. Сходное со строением центриоли. Это дало полное основание Вольфу (1972) назвать базальное тело ресничной центриолью.
|
|
|
Цитофизиология митоза.
Кинетохор.
1.1.1. Виды кинетохора:
Ø Диффузный кинетохор – располагается по всему телу хромосомы. Выявлен у круглых червей, прямокрылых насекомых, однодольных растений.
Ø Локализованный кинетохор – привязан к центромерному району. Это основной вариант кинетохора в растительных и животных клетках.
1.1.2.Строение кинетохора.
Следует обратить внимание, что трехслойная структура кинетохора обнаруживается только в метафазе.
1.1.3. Белки кинетохора
CENP – centromere protein. Это семейство белков кинетохора. Все белки кинетохора делят на 2 группы: конститутивные – постоянно входящие в состав кинетохора (CENP A, CENP B, CENP C, CENP D) и те, которые появляются только во время митоза (CENP E, CENP F).
Так например, CENP F – белок ядерного матрикса: в интерфазе он располагается в ядре, а при вступлении клетки в митоз – на кинетохорах.
Цитокинез.
Силу, необходимую для цитокинеза, создают актин и миозин. Разделение цитоплазмы происходит под действием кольца, состоящего, главным образом, из актиновых филаментов и затягивающегося, подобно петле, вокруг средней части клетки. Этот пучок филаментов, называемый сократимым кольцом, должен быть как-то прикреплен к внутренней стороне плазматической мембране.
|
|
|
Не известно, каким способом в начале анафазы образуется сократимое кольцо. Сформировавшееся кольцо можно преждевременно активировать путем электростимуляции, значит, оно готово к действию раньше, чем будет действительно использовано. Сила, создаваемая сократимым кольцом при цитокинезе, достаточно для того, чтобы согнуть тонкую стеклянную иглу, введенную в клетку. Таким способом, можно измерить величину этой силы. Нет сомнения, что источником силы сокращения здесь, так же как и в мышцах, служит взаимное скольжение актиновых и миозиновых филаментов. Если, например, к митотическим клеткам, обработанным детергентами, добавить инактивированные субфрагменты миозина, блокирующие миозин-связывающие участки актина, то разделение цитоплазмы прекратится. Точно так же введение антител к миозину в яйца морского ежа вызывает сглаживание борозды деления, но на деление ядра не влияет.
Во время сокращения сократимое кольцо сохраняет постоянную толщину. Это позволяет предполагать, что оно постепенно уменьшается в объеме за счет потери части филаментов. После завершения цитокинеза сократимое кольцо полностью распадается, а плазматическая мембрана в области борозды деления стягивается, окружая остаточное тельце.
В большинстве делящихся клеток борозда деления проходит более или менее симметрично, так как дочерние клетки получаются одинаковыми по размеру. Правда, в некоторых случаях сократимое кольцо, под действием которого происходит разделение цитоплазмы, образуется в таком месте, что получаются дочерние клетки разной величины. Такое асимметричное деление играет важную роль в оогенезе и часто наблюдается на ранних этапах развития некоторых эмбрионов, когда неоднородная цитоплазма яйца должна быть точно распределена между разными группами клеток, из которых впоследствии образуются различные части эмбриона. Механизмы, контролирующие в таких случаях ориентацию и расположение сократимого кольца остаются неизвестными.
Патологии митоза.
Роль патологий митоза.
Нарушение нормального течения митоза и неправильное распределение хромосом между дочерними клетками приводит к возникновению клеток с несбалансированными кариотипами. Патологический митоз – один из способов возникновения мутаций и развития анеуплоидии. С патологией связано развитие ряда заболеваний. Патологические митозы часто возникают при канцерогенезе и вирусной инфекции.
Патология митоза может носить функциональный и органический характер. Функциональные нарушения деления клеток могут выражаться, например, в гиперактивности вступающих в митоз клеток. Органические нарушения митоза возникают при повреждении структур (хромосомы, митотический аппарат, клеточная поверхность), участвующих в делении, и связанных с этими структурами процессов (редупликация ДНК, поляризация делящейся клетки, движение хромосом, цитотомия).
Классификация патологий митоза (И.А. Алов, 1972).
v Патологии митоза, связанные с повреждением хромосом.
1. Задержка митоза в профазе. Часто наблюдается при нарушении процессов редупликации хромосом.
2. Нарушения спирализации и деспирализации хромосом.
3. Раннее разделение хроматид.
4. Фрагментация хромосом и образование ацентрических фрагментов часто возникает в опухолях, а также при воздействии на нормальные клетки ионизирующего излучения и различных мутагенов. Большинство образовавшихся фрагментов лишено кинетохора, участвующего в движении хромосом. Поэтому ацентрические фрагменты остаются неподвижными и отстают при движении хромосом. Массивная фрагментация хромосом называется пульверизацией: при этом фрагменты беспорядочно рассеяны по цитоплазме и не участвуют в общем движении хромосом.
Судьба фрагментов различна: они могут попасть в одно из дочерних ядер, резорбироваться или образовать дополнительно микроядро.
5. Хромосомные и хроматидные мосты. Являются следствием фрагментации хромосом. При воссоединении фрагментов, содержащих центромер, образуется дицентрическая хромосома, которая испытывает воздействие обоих митотических центров и, растягиваясь между дочерними группами анафазных или телофазных хромосом, образует мост. При воссоединении двух разорванных хромосом возникает хромосомный (обычно двойной) мост, а при воссоединении двух сестринских хроматид – хроматидный мост (обычно одиночный). В телофазе в связи с растягиванием дицентрических хромосом между митотическими центрами они довольно быстро рвутся. Однако мосты могут сохранятся в ряду клеточных поколений. Такая устойчивость этой патологии митоза связана с повторением циклов «разрыв-воссоединение-мост».
6. Отставание хромосом в метакинезе и при расхождении к полюсам возникает при повреждении хромосомы в области кинетохора.
7. Образование микроядер. Судьба отставших хромосом различна. Они либо разрушаются, либо элиминируются из клетки, либо случайно попадают в одно из ядер, либо формируют дополнительное микроядро. Если микроядро формируется ядрышкообразующей хромосомой, то в нем возникает ядрышко. Дальнейшая судьба микроядер неодинакова. Одни из них подвергаются пикнозу, разрушаются и выводятся из клетки, другие, как и вся клетка, проделывают полный клеточный цикл.
8. Нерасхождение хромосом. При этом явлении сестринские хроматиды не разъединяются и вместе отходят к одному из полюсов. Это приводит к увеличению хромосомного набора одного из дочерних ядер за счет уменьшения другого на одну хромосому.
9. Набухание и слипание хромосом. Набухая, хромосомы утрачивают свои правильные очертания и, склеиваясь поверхностями, образуют неправильные комковатые массы. Клетки часто в таком состоянии довольно часто подвергаются гибели.
v Патологии митоза, связанные с повреждением митотического аппарата.
1. Задержка митоза в анафазе.
2. К-митоз. Это одна из форм патологии митоза, которая характеризуется блокадой деления клетки в метафазе в связи с повреждением митотического аппарата (центриолей, веретена деления, кинетохоров). К-метафазы бывают разного вида: 1) метафазы с хромосомами, рассеянными по всей цитоплазме или сосредоточенными на периферии клетки; 2) хромосомы, склеенные в неправильную комковатую метафазную пластинку, 3) шаровидная звезда («шар-метафаза») в виде сплошного скопления хромосом в экваториальной области; 4) «звезда» метафаза, в которой хромосомы расположены в виде звезды; 5) метафаза, представленная несколькими группами хромосом («псевдометафаза», «псевдоанафаза»), обособленными друг от друга.
3. Рассеивание хромосом в метафазе. Связано с повреждением или с полной дезорганизацией митотического аппарата. Типичная экваториальная пластинка не образуется, а хромосомы беспорядочно рассеяны в цитоплазме. Рассеивание хромосом в метафазе отличается от к-митоза отсутствием других особенностей последнего и, прежде всего, типичных изменений хромосом (гиперспирализация, неразделение кинетохоров).
4. Многополюсный митоз. Связан с аномалией репродукции центриолей. Для многополюсного митоза характерно образование нескольких полюсов и веретен деления. Эта патология митоза приводит к неравномерному распределению хромосом между несколькими дочерними клетками, к образованию анеуплоидных клеток с несбалансированными наборами хромосом.
5. Моноцентрический митоз. Эта форма патологии также связана с нарушением разделения центриолей. При этой форме образуется только один полюс с веерообразным веретеном, соответствующем половине обычного двухполюсного веретена. При таком митозе происходит формирование хромосом и их разделение на сестринские хроматиды. Но последние не отходят друг от друга и образуют единую группу, из которой формируется одно полиплоидное ядро.
6. Ассиметричный митоз характеризуется неравномерным развитием противоположных митотических центров и связанных с ними конусов митотического веретена: одна половина митотического аппарата развита сильнее, чем другая.
7. Трехгрупповая метафаза и метафаза с полярными хромосомами. Трехгруппповая метафаза отличается тем, что метафазная клетка содержит, кроме обычной экваториальной пластинки, две дополнительные группы или одиночные хромосомы, расположенные у полюсов.
8. Полая метафаза. Имеет вид широкого кольца хромосом, которые, собираясь в метафазную пластинку, располагаются по периферии клеток.
v Патологии митоза, связанные с нарушением цитотомии.
1. Запаздывание или отсутствие цитотомии.
2. Преждевременная цитотомия.
Препараты и фотографии.
Центросома и центриоль.
Ø Полюс веретена деления. Продольный срез центриоли, поперечный срез центриоли. ЭМФ.
В митотических клетках центриоли в виде диплосом находятся в полюсах веретена деления. Такое расположение центриолей характерно для высших многоклеточных животных. На фотографии видна активность функционарования центриолей в качестве ЦОМТ.
Ø Редупликация центриолей. ЭМФ,
В клетках центриоли часто располагаются вблизи ядра или на некотором расстоянии от него, в полярных клетках они занимают апикальное расположение. На фотографии видны 2 центриоли и 2 процентриоли.
Аппарат движения.
Ø Ресничный эпителий. ЭМФ.
Ø Продольный срез ресничек. Рост аксонемы реснички от базального тела. ЭМФ.
Ø Поперечный срез ресничек. ЭМФ.
Ø Схема строения реснички.
Митоз.
Ø Дробление яйца аскариды. Препарат.
Каждая яйцеклетка окружена толстой гомогенной оболочкой, имеющей более темноокрашенный контур. На препарате необходимо найти деление на стадии яйцеклетки или двух бластомеров. В цитоплазме лежат 2 ли четыре аскариды (в зависимости от вида аскариды). У аскариды очень четко видно веретено деления и центриоли.
Препарат окрашен железным гематоксилином.
Ø Анафаза растительной клетки. Световая фотография.
Окрашивание коллоидным золотом.
Ø Цитокинез растительной клетки. Световая фотография.
На фотографии представлена растительная клетка на стадии поздней телофазы. Можно увидеть реконструкцию ядер. В центре клетки сформирован фрагмопласт.
Окрашивание коллоидным золотом.
Ø Метафаза животной клетки. Световая фатография.
Ø Стадии митоза в клетках пневмоцитов тритона: профаза, прометафаза, метафаза, анафаза, телофаза. Иммунофлуорисцентное окрашивание.
Иммунофлуорисцентное окрашивание: микротрубочки – зеленые, промежуточные филаменты – красные, хромосомы – синие.
Ø Кинетохор. ЭМФ.
Ø Кинетохор. Световая фотография.
Ø Микротрубочки, отходящие от кинетохора.ЭМФ.
На данной ЭМФ представлены кинетохорные микротрубочки и участок хромосомы, но не видно кинетохора.
Ø Цитотомия животной клетки. Образование перетяжки. ЭМФ.
В области перетяжки видно остаточное тельце, образованное микротрубочками.
Дата добавления: 2018-09-22; просмотров: 4431; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!