книги из ГПНТБ / Ченцов, Ю. С. Ультраструктура клеточного ядра

152 Судьба компонентов ядра в митозе

тозе наблюдения, согласно которым как элементы норового комп­ лекса, так и небольшие фрагменты мембран удается обнаружить на поверхности митотических хромосом (Comings, Okada, 1970; Stubblefield, Wray, 1971). Если эти наблюдения найдут свое под­ тверждение, можно будет говорить об активном переносе митоти­ ческими хромосомами фрагментов ядерной оболочки. Такого рода предположения не противоречат данным о свойствах поросомы как автономной структуры, способной и независимому существо­ ванию от мембранных элементов оболочки ядра (см. стр. 84). Они согласуются также с известным свойством хромосом, заклю­ чающимся в перераспределении по дочерним клеткам материалов нехроматиновой природы в виде матрикса. Сохранение пространст­ венной связи между поросомой и хроматином в течение всего ми­ тотического цикла, по-видимому, может способствовать быстрой реорганизации ядерной оболочки в телофазе.

Относительно механизма восстановления оболочки ядра су­ ществуют две противоположные точки зрения. Одна из них ос­ новывается на данных Портера и Мачадо, согласно которым ядерная оболочка образуется за счет слияния и дальнейшего разрас­ тания фрагментов эндоплазматического ретикулума и отдельных элементов старой ядерной оболочки (Porter, Machado, 1960). Эта точка зрения привлекает в настоящее время наибольшее коли­ чество сторонников (Gall, 1964; Bajer, Mole-Bajer, 1969; Stevens, Andre, 1969). По другим предположениям оболочка ядра форми­ руется de novo в результате активной деятельности хромосом

(Waddington, Perry, 1966; Swalm, 1969). Отдать предпочтение од­ ной из этих точек зрения невозможно, так как процесс реоргани­ зации ядерной оболочки изучен недостаточно. К тому же не ис­ ключено, что на самом деле при образовании ядерной оболочки приходится иметь дело как с процессом сборки из предсуществовавших элементов, так и с синтезом некоторых компонентов de novo. Как показывает подробное изучение формирования обо­ лочки, своего рода инициатором этого процесса служит разрыхле­ ние телофазных хромосом. Первые фрагменты ядерной оболочки появляются только тогда, когда хромосомы начинают переход из плотного, компактного состояния к деспирализации (см. табл. 50). Обращает внимание также тот факт, что фрагменты формирую­ щейся оболочки появляются только по периферии хромосом, в не­ посредственном контакте с фибриллами ДНП или с веществом мат­ рикса. По своей структуре эти фрагменты не выглядят как пузырь­ ки или мембраны эргастоплазмы — они несут все признаки, характерные для сформированной оболочки ядра, включая гра­ нулярный перихроматиповый слой и ядерные поры. Впоследствии, по-видимому, происходит слияние отдельных фрагментов в целост­ ную, непрерывную структуру, отграничивающую ядерный отсек кдетки от цитоплазматического.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В книге было дано описание структуры разных ядерных ком­ понентов как в интерфазе, так и при митозе. При этом пришлось анализировать каждый из компонентов в отдельности, подчерки­ вая пути их изменения. Теперь, зная всю совокупность измене­ ний разных структур, можно представить себе общую схему пре­ вращения ядерных компонентов в интерфазе и при делении клетки и указать на ряд еще нерешенных вопросов.

Однако, составляя общую схему изменений ультраструктуры клеточного ядра, мы попадаем в затруднительное положение, из-за недостаточной изученности целого ряда моментов. Если мы можем в общем проследить за изменениями ультраструктуры ядрьппек и объяснить их определенными изменениями активности ядра, можем описать фазы его активности, то значительно меньше нам известно о структурных и химических переходах в строении хро­ матина и его элементарных фибрилл. Кроме общей закономер­ ности — перехода от конденсированного к диффузному состоянию при становлении процессов репликации и транскрипции,— мы практически ничего не знаем о тонкой ультраструктурной орга­ низации хромосом в интерфазе. Нет сведений о поведении и ульт­ раструктуре специализированных хромосомных участков, таких, как теломеры, зоны спутников, центромеры, в разные периоды клеточного цикла или при разных уровнях метаболической актив­ ности клетки. Также мало сведений о функциональных измене­ ниях структуры ядерной оболочки. Все эти вопросы — предмет бу­ дущих исследований.

Более четко, но все же не вполне определенно можно себе представить картину поведения ядерных структур во время ми­ тоза. Попытаемся вкратце описать изменения всех компонентов ядра в их взаимосвязи, в их структурной и функциональной со­ вокупности.

Процесс изменений ядра при митозе представлен на рисун­ ках. Сразу оговоримся, что рисунки сделаны на основании изу­ чения ультратонких срезов. Это вносит целый ряд ограничений. Поэтому пока еще нельзя говорить о пространственных измене­ ниях в структуре ядра, еще нельзя построить объемную полную реконструкцию ядра в митозе. Это отдельная задача на будущее (динамика структуры отдельных участков хромосом, процесс метакинеза и т. д!).

Степень дисперсности или, наоборот, конденсированности хро­ матина может быть различной у разных объектов. Так, у многих растений встречаются ядра хромонемного типа, где большая часть хроматина собрана в компактные структуры. В хромоцентрических ядрах значительная часть хроматина собрана в небольшие глыбки. У животных чаще встречаются ядра с более равномерным распре­ делением диффузного хроматина по всему объему и с перифери­ ческим расположением конденсированного. Нам представляется, что как классификация типов ядер по их общей морфологии, так и особенно причины и факторы, приводящие к существованию таких типов, изучены недостаточно.

Участки конденсированного хроматина могут быть представле­ ны как истинным гетерохроматином (например, центромерные или теломерные зоны хромосом), так и участками с инактивирован­ ными (гетеропикнотическими) эухроматиновыми зонами хромосом (например, периферический хроматин лейкоцитов и т. д.).

Винтерфазе зоны периферического хроматина всегда связаны

свнутренней ядерной мембраной, оставляя свободными участки ядерных пор. Собственно ядерная оболочка полностью замыкает

собой весь объем ядра. Она не только выполняет функцию барьера в обменных процессах между ядром и цитоплазмой, но также участ­ вует в пространственной организации хроматина внутри ядра и, вероятно, в процессах регуляции ядерных функций.

Ядрышко в интерфазном ядре клеток, синтезирующих белок, представлено в гранулярно-фибриллярной форме, что отражает функциональную активность ядрышковых организаторов хромосом. При падении активности этих участков исчезают гранулярные (рибосомные) компоненты ядрышка, а фибриллярная часть со­ храняется в виде плотных РНП-содержащих телец, функциональ­ ная роль которых еще остается невыясненной.

При переходе к делению, уже в ранней профазе (рис. 20) на­ блюдаются первые этапы изменения структуры ядра. При этом постепенно и последовательно в процесс перестройки вовлекаются все ядерные компоненты. Изменения начинаются со структуры хроматина. Уже видно, что отдельные зоны образуют участки сгущения — будущие митотические хромосомы. Эти еще не пол­ ностью оформленные хромосомы состоят из участков конденси­ рованного хроматина, имеющего вид нитей или прядей — хромонем. По мере все большего морфологического выявления хромонем кар­ тина митотических хромосом как отдельных структур становится все более выраженной. Тем самым, как нам представляется, при образовании митотических хромосом наблюдается промежуточный этап образования структур хроматина в виде хромонемы. В даль­ нейшем в процессе более плотной конденсации самих хромонем образуется тело митотической хромосомы с максимально!! струк­ турной упаковкой в нем элементарных фибрилл ДНП.

она сохраняет свою целостность, в ней сохраняются комплексы пор (поросомы).

Часто в ранней профазе ядрышко также остается без измене­ ний, вероятно, из-за того, что участки ядрышковых организаторов инактивируются и перестраиваются в составе хромосомы несколько позднее, чем основная масса хроматина.

Позднее, в средней профазе (рис. 21), хромосомы уже видны как более четкие обособленные структуры, состоящие из двух вза­ имно спирализованных хроматид, в составе которых еще видны признаки субхроматидной, хромонемной организации. Число кон­ тактов таких хромосом с ядерной оболочкой уже мало. У некото­ рых объектов, например у A. fistulosum, видно еще сохранение контактов с ядерной оболочкой теломерных участков профазных хромосом. Вопрос о локализации и порядке расположения цент­ ромер как в интерфазе, так и в профазе изучен недостаточно.

Кроме уменьшения числа зон контактов с хромосомами, дру­ гих отчетливых изменений в структуре ядерной оболочки не на­ блюдается: сохраняется ее общая струкура в виде двуслойного мешка с комплексами пор.

Всредней профазе начинают происходить резкие структур­ ные изменения в ядрышке. Оно как бы разрыхляется. Прижизнен­ ные наблюдения за клетками показывают, что ядрышко как бы «тает» на глазах. При этом происходит разрыхление перифериче­ ской и центральной частей ядрышка. Часть его гранул распределя­ ется между хромосомами, фибриллярная зона также разрыхля­ ется и начинает занимать больший объем.

Впоздней профазе, при переходе к метафазе (рис. 22), хро­ мосомы уже находятся в состоянии максимальной упаковки как элементарных, так и хромонемных их компонентов. Они имеют вид плотных, как бы однородных структур, где кроме фибрилл толщиной 200 А выявить ничего нельзя. Ядерная оболочка пол­ ностью лишена контактов с хромосомами. Она начинает делиться сначала на крупные плоские мембранные цистерны, окружаю­ щие зону бывшего ядра. В это время в составе мембран норовые комплексы уже не обнаруживаются. Позднее элементы ядерной оболочки, распавшиеся на мелкие плоские вакуоли и пузырьки, уже практически неотличимы от мелких вакуолярных элементов

цитоплазмы. Происходит как бы объединение кариоплазмы, ядерного сока с собственно гиалоплазмой клетки. При этом часть гра­ нул, освободившихся при разрыхлении ядрышка, попадает в эту смешанную плазму клетки.

На этой стадии еще иногда видны ядрышковые элементы в виде зон с повышенным содержанием фибрилл и гранул, которые располагаются между и вблизи различных хромосом. Как нам представляется, именно этот материал, участвуя в процессе кон­ денсации хромосомных элементов, входит в состав митотических

хромосом в виде так называемого матрикса и распределяется хромосомами в ядрах дочерних клеток.

В метафазе и анафазе (рис. 23) из всех знакомых нам ядерных компонентов можно отчетливо наблюдать только хромосомы в состоянии их максимальной конденсации. Ядрышка как таково­ го не наблюдается. Лишь иногда его элементы, главным образом фибриллярные, обнаруживаются в зоне вторичных перетяжек, а в особых случаях видно перемещение ядрышкоподобных структур вместе с хромосомами. Однако, если вызвать искусственную де­ конденсацию метафазных или анафазных хромосом в живых клетках (соли кобальта), то, кроме вновь выявляемых хромонемных элементов в составе самих хромосом, вокруг них обособ­ ляется фибриллярно-гранулярная зона РНК-содержащего мате­ риала, зона матрикса митотических хромосом ядрышкового про­ исхождения.

Ядерная оболочка на этих стадиях не обнаруживается. Иногда описываются прилежащие к хромосомам мелкие мембранные ва­ куоли, но точно доказать их происхождение трудно. Однако вполне возможно, что часть ядерных мембран также может пе­ реноситься хромосомами в дочерние клетки, где эти мембраны служат как бы «затравками» для дальнейшего роста и образова­ ния истинных ядерных оболочек.

Очередной этап изменения ядерных структур, в общем про­ тивоположный изменениям в профазе, происходит в телофазе.

Хромосомы после расхождения к полюсам сохраняют свое взаимно параллельное полярное расположение и пачинают деконденсироваться, разрыхляться (рис. 24). При этом в их структуре вновь выявляются нитчатые хромонемные элементы, которые на срезах или в выделенных препаратах проявляют признаки уклад­ ки спирального типа. Создается впечатление, что в состав хромо­ сом входит не одна хромонемная субъединица, а несколько, воз­ можно, четыре. Однако этот вопрос нельзя пока считать решен­ ным. Мы предлагаем схему организации митотической хромосо­ мы (см. рис. 12, 17) в качестве рабочей гипотезы, которую, проверяя экспериментально, можно будет либо отвергнуть целиком или частично, либо же подтвердить в основных ее поло­ жениях.

По мере деконденсации, деспирализации хромосом в телофа­ зе вокруг каждой из них обособляется зона, состоящая из мас­ сы тонких фибрилл и гранул,— зона матрикса. Несколько позд­ нее в этой зоне выявляются участки из плотноупакованных фибрилл, содержащих РНК,— это предъядрышковые структуры, еще не активные в отношении синтеза РНК.

В начале телофазы чаще в зонах центромерных участков хро­ мосом появляются вытянутые плоские мембранные цистерны, вплотную прилежащие к хромосомам. Это образуется ядерная