Поділ клітини

Одним з найважливіших процесів, що відбуваються у клітині, і який особливо цікавить дослідників, які працюють з культурою клітин – це клітинний поділ. По суті, даний процес є поділом ядра. Цитоплазма зазвичай слідує у процесі поділу за ядром (однак це відбувається не постійно).

Описано три типи ядерного поділу. Амітоз є простим поділом ядра без утворення хромосом. Цей процес спостерігається рідко і, можливо, не відбувається за нормальних умов.

Мейоз і мітоз характеризуються появою хромосом, які діляться на дві групи, одна з груп виділяється кожною з дочірніх клітин. Мейоз є спеціальним процесом утворення статевих клітин. В процесі мейозу нормальне (диплоїдне) число хромосом зменшується удвічі, так що дочірня клітина містить гаплоїдне число хромосом. Поряд з цим у процесі мітозу клітина на момент поділу містить матеріал для подвоєння числа хромосом. Внаслідок розділення хромосом кожна дочірня клітина отримує нормальний (диплоїдний) їх набір. Мітоз є нормальним типом клітинного поділу, що спостерігається у соматичних клітин в процесі росту, і майже єдиним типом клітинного поділу у тканинних культурах.

Ранні стадії мітозу характеризуються появою хромосом. Ці структури є носіями генів, які, головним чином, є відповідальними за передачу спадкових властивостей дочірнім клітинам. Кожна клітина має певний набір хромосом і їх число характеризує види. Число хромосомних наборів визначається, як “плоїдія” клітин. Так, нормальні клітини з двома наборами хромосом позначаються як диплоїдні, з трьома – триплоїдні, з чотирма – тетраплоїдні і т.д. Статеві клітини з половиною диплоїдної кількості хромосом дещо непослідовно назвали гаплоїдними.

Функцією мітозу є рівномірний розподіл хромосомного матеріалу між дочірніми клітинами у процесі їх поділу. Оскільки специфічною функцією хромосом є збереження генетичної інформації, цей процес полягає у розподілі майже однакових кількостей генетичного матеріалу між дочірніми клітинами.

Розрізняють такі стадії клітинного поділу:

1. Інтермітотична фаза (інтерфаза). Вона іноді помилково визначається, як фаза спокою. У ростучих клітинах більша частина синтезу нових матеріалів відбувається на протязі цього періоду. Коли вміст клітини подвоюється, наступає профаза.

2. Профаза. Це, як правило, найбільш рання із стадій клітинного поділу, які можна спостерігати. Хроматин всередині ядра збирається у подовжений клубок і починає розподілятися на хромосоми. У той же час центросоми діляться на дві частини, які розходяться у протилежних напрямках. Між цими двома полюсами з’являється структура веретена (що за зовнішнім виглядом нагадує магнітні силові лінії і на ній розподіляються хромосоми. Ядерцева та ядерна оболонки зникають. До кінця цього періоду можна бачити появу типових ознак метафази.

3. Метафаза. Хромосоми розподіляються по екватору клітини. За допомогою цейттраферної кінозйомки можна спостерігати у цій стадії високу активність хромосом, які, як видається, обертаються. Зовсім раптово починається анафаза.

4. Анафаза. Хромосоми діляться уздовж і їх половини (хроматиди) рухаються у полярно протилежних напрямках. Коли вони повністю розділяться, вони знову отримають вигляд хромосом. Коли наступає поділ цитоплазми, клітина вступає у фазу телофази.

5. Телофаза. Хромосоми на кожному з полюсів збираються разом і поступово зникають. Одночасно навкруги кожної ядерної зони утворюється нова ядерна оболонка. Цитоплазма між двома новими ядрами стискається. Ця перетяжка поступово поглиблюється до тих пір, поки не відділяться дві нові клітини. Поверхня клітини у цій стадії покривається великою кількістю пухирців і по мірі зменшення активності нові дочірні клітини вкривають поверхню, на якій вони розвивалися.

Час клітинного поділу є різним. У фібробластів птахів він проходить доволі швидко і може спостерігатися оком біля 20 хв. Період інтерфази для швидкоростучих клітин складає біля 18 годин або ще менше.

Викладене вище стосувалося виключно нормальних клітин. В умовах тканинних культур часто зустрічаються аномальні клітини і аномальний клітинний поділ. Часто спостерігається відсутність поділу цитоплазми, у той час як ядро ділиться, що приводить до утворення багатоядерних гігантських клітин. Крім того, замість описаного диполярного поділу може виникати мультиполярний поділ, особливо у ракових клітин. Так часто спостерігається триполярний поділ коли відбувається розділення однієї клітини на три дочірні. Утворені в результаті такого поділу клітини часто бувають дуже дрібними і втрачають здатність до подальшого розмноження.

Інші ненормальності, що часто зустрічаються, відносяться до даної популяції у цілому. В “нормальній” популяції всі клітини мають зазвичай однакову кількість хромосом – диплоїдний набір, характерний для даного виду. Іноді зустрічаються клітини зі збільшеним числом хромосом – тетраплоїдним, октаплоїдним і т.д. У клітинних штамів, майже як правило, можна знайти незвичайний набір хромосом. Часто клітини мають триплоїдне або тетраплоїдне число хромосом. Іноді, як наприклад у клітин HeLa, відсутній характерний розподіл хромосом, і їх число вважається неясним. Таке явище визначається, як анейплоїдія.

Така поведінка клітин тваринного організму в культурі тканини являє значний інтерес. Не дивлячись на широкі варіації в числі хромосом у рослин, до останнього часу вважалося, що клітини тварин залишаються строго диплоїдними. Зараз встановлено, що це невірно, і навіть у людини окремі порушення у співвідношенні хромосом можливі при виживанні до зрілого віку. В культурі клітин для порушення нормального числа хромосом існує більше можливостей, ніж в організмі тварин, де тканини являють собою частини тонко збалансованого цілісного організму.

Встановлено, що поліплоїдія і анейплоїдія сприяють виживанню клітин в умовах культур тканин. Це, можливо, обумовлено розвитком незвичайних комбінацій генів, які сприяють виживанню клітин в умовах штучного середовища. Таким чином розвиток анейплоїдії in vitro можна розглядати, як вид генетичної адаптації.

Частота та швидкість виникнення анейплоїдії в культивованих клітинах сильно варьює від штаму до штаму і стабільність окремого штаму можливо визначається генетичними факторами. Доказом цього слугує той факт, що клітини, які розвиваються з пухлинних тканин, є менш стабільними, ніж ті, що походять від нормальних і особливо зрілих тканин.