Проблема митогенетического излучения как аспект молекулярной биологии

ленных вопросов: 1) является ли данный фактор безусловно необходимым во всех случаях клеточного деления? 2) можно ли ему отвести вполне определенное место в цепи отдельных актов, из которых складывается весь процесс?

Первому вопросу было вначале уделено основное внимание. Широкое обследование различных животных и растительных делящихся тканей дало в этом отношении однозначные результаты. Во всех случаях, где наблюдались деления, регистрировалось излучение. Это в полной мере относится к культурам тканей (Г. К. Хрущев, 1930, 1934), к одноклеточным организмам — дрожжам (С. Я. Залкинд, 1937), бактериям (L. Wolff, 1931), (Rahn, 1936, 1941); (Л. Б. Северцева, 1928, 1931) и к яйцам, свободно развивающимся в воде.

Большое количество наблюдений, полученных на яйцах морских ежей, обладающих естественной синхронизацией первых стадий дробления (Г. M. Франк, 1929; С. Я. Залкинд, 1929, 1931; В. А. Дорфман и В. Сарафанов, 1932; В. А. Дорфман и T. Шмерлинг, 1933, 1934), и недавние результаты, полученные на дрожжевых культурах, известную степень синхронизации которых можно вызвать искусственным путем (С. В. Конев, T. Лыскова, Г. Д. Нисенбаум, 1965), и более поздние данные (А. А. Гурвич, В. Ф. Еремеев, Ю. А. Карабчиевский) представляют принципиальный интерес.

Остановимся на них несколько подробнее. Культура дрожжевых клеток Torula utilis, растущая на среде Ридера, синхронизировалась (40—70% синхронизации) путем удаления из среды некоторых питательных компонентов (азотистых солей или азотистых солей и сахарозы) на 1—3 ч. После добавления солей наступал латентный период, длившийся 30—50 мин, после чего возникала первая волна почкования; приблизительно через 1,5 ч наблюдался прирост абсолютного количества клеток. Вторая волна размножения возникала через 2,5— 3 ч. Волнам делений предшествовали вспышки излучения. Излучение опережало первую волну почкования приблизительно на 20—30 мин.

В отличие от опытов с яйцами морских ежей, проводившихся с биодетектором, излучение дрожжевых культур регистрировалось при помощи фотоумножителей (рис. 29).

170

Такая однозначная временная последовательность подтверждает причинную зависимость деления от излучения. Очень важны с этой же точки зрения положительные результаты, полученные при облучении способной к делениям клеточной популяции физическим источни-

на синхронизированной дрожжевой культуре (С. В. Конев, T. И. Лыскова, 1965). Авторы получили укорочение латентного периода в облученных культурах по сравнению с контрольными, в среднем в 3,1 раза, что является, конечно, чрезвычайно наглядным.

Эти данные интересны еще и вследствие того, что ясно показывают границы митогенетической эффективности — стимулирующее действие оказывает ослабленный физический ультрафиолет в спектральном диапазоне 2000— 3000 Å.

Вся совокупность этих данных приобрела большое значение в свете широких экспериментальных исследований с применением ингибиторов излучения, так называемых тушителей, препятствующих рекомбинациям радикалов и этим самым возникновению фотонов митогенетического излучения и различных гасителей, поглощающих уже возникшее излучение1. Если правильно предположение, что для размножения предоставленного

1 Подробная характеристика ракового тушителя и описание механизма его действия смотреть в главе о биологии раковой клетки.

171

самому себе клеточного комплекса или клеточной совокупности необходимо определенное насыщение такой системы митогенетическим излучением, то при подавлении последнего должно прекратиться и размножение клеток. В такого рода экспериментах необходимо, однако, исключить чисто химическое, токсическое воздействие тушителя на общие жизненные процессы в клетке. Действительно показательным поэтому мог быть только комбинированный эксперимент — эффективное (в смысле стимуляции размножения) внешнее облучение митогенетическим источником клеточного комплекса, в котором митогенетический режим подавлен тушителем.

Для полной оценки выполненных по этой программе исследований необходимы некоторые предварительные данные.

Определение длительности процесса клеточного деления

Так как непосредственные наблюдения над течением митозов удаются лишь на немногих объектах, то в ряде случаев приходится прибегать к косвенным методам, представляющим, однако, особый интерес ввиду того, что они позволяют составить представление о скорости реакции деления на изменившиеся внешние условия. Особенно удобно в этом отношении применение охлаждения. Приостановка течения митозов при низких температурах— общеизвестный, давно установленный факт, широко наблюдаемый и изучаемый и в настоящее время. В опытах на фибробластах цыпленка в культуре тканей (Bucciante, 1929) было установлено, что длительность митоза при оптимальной температуре (40°) — порядка 15 мин, при 20° она резко удлиняется, достигая 4 ч и больше.

Если охладить один глаз живой лягушки до 2—5°, в то время как само животное и второй глаз находятся при комнатной температуре, т. е. при 16—18°, и зафиксировать оба глаза немедленно после 5—10 мин охлаждения, то в роговице охлажденного глаза количество митозов возрастает в среднем на 30% по сравнению с контрольным (Ю. H. Пономарева, 1936, 1939).

Этот результат дает уже возможность оценки длительности митоза: если за 10 мин количество митозов

172

возрастает приблизительно на 1/3 т. е. и продолжительность митоза увеличивается на 1/3 (причем митоз лишь замедляется), то общая длительность митоза достигает при низкой температуре приблизительно 30 мин. Можно поставить обратный опыт, подвергая один глаз нагреванию до 15—20°. В этом случае уменьшение числа митозов по сравнению с охлажденным глазом можно объяснить ускорением их ритма.

Температурные данные дают возможность правильной оценки непосредственных результатов облучения эпителия роговицы лягушки. Митогенетическое облучение одного из глаз при комнатной температуре в течение нескольких минут (3—5 мин) вызывает сдвиги в числе митозов по сравнению с контрольной роговицей, обна-

на приблизительно 10—12 мин, а ускорение хода митоза позволяет сделать вывод о гом, что изменение лучевого режима объекта влияет на самый ритм митозов. Другими словами, стимуляция клеточного деления путем митогенетического облучения заключается не только в возбуждении преждевременных митозов, но и в ускорении самого процесса деления.

При этом большой интерес представляет факт тесной зависимости ритма деления от интенсивности лучевого режима и чрезвычайная скорость реакции, т. е. отсутствие измеримого латентного периода. Это заставляет предположить наличие непосредственной связи между поглощением фотона и ходом процесса деления.

турах (С. Я. Залкинд, 1934). Если ритм митоза так сильно зависит от лучевого режима объекта, то естественно предположить, что при подавлении собственного излучения объекта путем применения тушителя митозы могут сохранять в течение нескольких часов до известной степени нормальную морфологическую структуру и поэтому их наличие в этих случаях нельзя рассматривать как отсутствие тормозящего действия со стороны тушителя.

Для уточнения вопроса, имеем ли мы дело при действии тушителя с замершими митозами, можно прибегнуть

173

к охлаждению одного из объектов, сохраняя контроль к нему при нормальной температуре. При отсутствии сдвига в числе митозов можно сделать вывод, что их ритм настолько замедлен, что время примененного охлаждения составляет лишь незначительную часть времени всей длительности митоза.

Опыты показали с полной отчетливостью правильность предположения, что пресечение излучения путем применения тушителя приводит немедленно к полному замиранию митозов (Ю. H. Пономарева, 1947) (табл.27).

Т А Б Л И Ц А 2 7

Зависимость числа митозов от условий опыта

П р и м е ч а н и е . Охлаждение до 2° производилось в течение 10 мин после введения тушителя в лимфатический мешок, после этого объект фиксировался.

Отсутствие торможения при охлаждении после введения тушителя очень убедительно показывает, что митозы можно считать под действием тушителя почти замершими. При дальнейшей оценке влияния тушителя мы должны считаться с этим обстоятельством.

Действие облучения на замершие митозы

Из всего предыдущего вытекает возможность стимуляции митозов, замерших вследствие охлаждения или подавления излучения тушителем, путем их облучения извне. Опыты дали в этом отношении совершенно ясный положительный результат (Ю. H. Пономарева, 1939).

Митогенетическое облучение охлажденной роговицы приводит к значительному дефициту в числе митозов по сравнению с глазом, находящимся при оптимальной температуре. Другими словами, митозы в роговице охлаж-

174

денного глаза, почти нацело замирающие, протекают при одновременном облучении гораздо быстрее, чем в глазу, находящемся даже в оптимальных условиях (табл. 28, 29).

П р и м е ч а н и е . Следует обратить внимание на постоянство ритма деления в пределах оптимальных температур от 15° до 25°.

Таким образом, при облучении охлажденного глаза в течение 10 мин совершается переход от +30 до —30% (в среднем), т. е. ускорение ритма по крайней мере на 60%.

Для правильной оценки такого яркого эффекта облучения необходимо учесть, что стимулирующее действие облучения проявляется в течение сравнительно короткого промежутка времени (10 мин). Было бы поэтому

175

неправильным думать, что облучение полностью компенсирует пониженный охлаждением метаболизм. Вместе с тем, результаты опытов показывают с полной очевидностью, что механизм деления находится под полным контролем облучения, что представляет для нас в данном случае наибольший интерес.

Влияние подавления излучения

Излучение объектов подавлялось введением в клетки тушителя и некоторых гасителей.

Наиболее просты и убедительны первые по времени опыты, проведенные на дрожжевых культурах (С. Я. Залкинд, 1937). Именно в них дрожжи с введенным тушителем (гасителем) облучались извне. Внешнее облучение должно было компенсировать выпадение собственного излучения системы.

Прирост дрожжевой культуры за 30 мин при различных условиях воздействий выражается следующими средними величинами:

»при прибавлении тушите-

Результаты показывают, таким образом, что при одновременном действии тушителя и облучении размножение культуры протекает нормально. Из контрольного опыта видно, что тушитель от соответственного кратковременного облучения не разрушается.

Значение этих чрезвычайно убедительных данных не уменьшается от того, что действие тушителя не длительно. Приблизительно через полчаса после его прибавления к дрожжевой культуре в ней снова возникает излучение и одновременно начинается размножение клеток. Вторичное прибавление тушителя не подавляет излучения и деления продолжаются с нормальным ритмом. Возможно, что этот изменившийся характер реакции

176

Последний, контрольный, неоднократно повторяемый опыт показывает, что сам ионтофорез и введение постороннего тела в клетку не влияют на ход размножения.

Не менее яркие результаты были получены и при введении сильно разбавленных растворов фурфурола (0,001%), поглощающего ультрафиолетовую область спектра и препятствующего, вследствие наличия двойных связей, рекомбинациям свободных радикалов (Ю. H. Пономарева, 1939, 1947).

Применение таких небольших концентраций делало возможным проведение контрольных опытов с применением фурфурола и компенсацией его действия облучением (аналогично опытам с тушителем на дрожжевых культурах). Число митозов в роговице лягушки после введения фурфурола составляло:

В опытах с одновременным облучением применялись повторные, короткие с перерывами воздействия фурфурола. Сразу после каждого воздействия один глаз подвергался митогенетическому облучению. Число митозов в роговице после воздействия фурфуролом и облучения одного глаза составляло

Эти результаты имеют принципиальное значение, так как они ясно показывают, что фурфурол, помимо возможной хотя и мало вероятной токсичности, действует

икак ингибитор митогенетического излучения. Резюмируя все сказанное относительно влияния по-

давления излучения на клеточное размножение в роговице, мы можем утверждать, что основной тезис — безусловная необходимость лучевого режима в делящихся тканях для подготовки и протекания процесса деления — прочно обоснован. Сохранение нескольких десятков митозов в опытных роговицах естественнее всего объяснить постепенным замиранием митозов

Наряду с этим проводились обширные исследования действия тушителя и гасителей на протекание митозов в растительных, преимущественно луковых, корешках (И. П. Васильева, M. А. Владимирская, 1945).

178