Ю.М. ВАСИЛЬЄВ, д.м.н., професор, член-кореспондентРАН, Московський державний університет ім. М.В. Ломоносова
Загальновідомо,що кожна клітина містить складний набір структур, наприклад покриті мембранамиВ«БульбашковіВ» органели (мітохондрії, цистерни ендоплазматичного ретикулуму, лізосоми,жирові гранули, секреторні гранули, пігментні гранули у спеціалізованихпігментних клітин і т.д.), рибосоми, центросоми і, нарешті, ядро. Жодна зцих структур не розташовується в клітці де попало. Навпаки, весь часпідтримується правильне взаємне розташування цих структур. Особливо легкоспостерігати за таким взаємним розташуванням структур в культурі клітин, декожна тканинна клітка, наприклад фібробласт або епітеліоціт, набуває формусплощеної пластинки, прикріпленою до плоского прозорого дну, - такзваної підкладці (склу або пластику). Тому за живими клітинами і їхвеликими органелами в такій культурі легко спостерігати за допомогою мікроскопа, сполученогоз відеокамерою. У таких культуральних клітин ядро ​​звичайно розташовуєтьсяприблизно в центрі, а поруч з ним утворюється зона так званої ендоплазме,де скупчується більшість бульбашкових органел. Тут же найчастішерозташовуються центросоми, від яких радіально розходяться до зовнішніх краяхклітини мікротрубочки (рис. 1).
Рис.1. Схема досвіду з мікрохірургічним виділенням без'ядерного фрагмента цитоплазмиз цілої клітини. У такому фрагменті відновлюються радіальна системамікротрубочок і центральне розташування органел
Кнаруживід ендоплазме розташовується тонка пластинка цитоплазми (Ламела), дебульбашкові органели зустрічаються рідко. Основні компоненти ламелли - цевидимі лише при спеціальних забарвленні елементи цитоскелету: згадані вжемікротрубочки і розташований під мембраною кортикальний шармікрофіламентів.
Поблизузовнішніх країв ламелли на нижній поверхні клітини розташовуються фокальніадгезії - складні, побудовані з декількох білків бляшки, прикрепляющиеклітку до поверхні підкладки. У рухомих клітин при відеозйомці на деякихділянках краю ламелли безперервно утворюються вирости - псевдоподии, що прикріпляютьсядо підкладки і сокращающиеся, За допомогою таких псевдоподий клітини повзають попідкладці.
Клітинні фрагменти самоорганізуються в мини-клітини
Впорядкованевзаємне розташування клітинних структур створюється і підтримується самої живоїцитоплазмою, здатністю цієї цитоплазми до самоорганізації. Дійсно, навітьмалі фрагменти цитоплазми, відділені від решти клітини, здатнівідновлювати подібне взаємне розташування збережених структур (рис. 1).
Відріжемовід периферії культуральної клітини під мікроскопом мікроножом невеликий шматочокцитоплазми, що становить лише 3-5% клітинної маси. Через короткий час такийбез'ядерний фрагмент самоорганізується: у центральній його частині скупчуютьсябульбашкові органели, утворюючи ендоплазму, а на периферії формуються тонкіламелли, прикріплені по краях до підкладки фокальні адгезії. По краюламелли часто виникають псевдоподии, і при їх допомозі фрагмент може повзати попідкладці. Старий центр організації мікротрубочок - центросома - зазвичай непотрапляє у фрагмент, і що збереглися в ньому периферичні шматки микротрубочекрозташовані спочатку майже паралельно один одному, проте незабаром цімікротрубочки реорганізуються на єдину радіальну систему, у них виникаєподобу центру, з якого мікротрубочки розходяться у всі сторони до краївфрагмента. Зрозуміло, такі фрагменти, на відміну від цілих клітин, гинутьзазвичай через 1-2 діб: адже у них немає ядра і тому неможливий синтез новихінформаційних РНК, отже, швидко гальмується синтез білків, необхіднихдля росту і просто заміщення разрушающихся з часом білкових молекул. Тим неПроте здатність фрагментів до самоорганізації в міні-клітини і рухам впротягом відведеного їм короткого терміну життя чудова.
Багатоядерні клітини-гіганти теж самоорганізуються
ФантазіяДж.Свіфта створила ліліпутів - людей, нормально організованих, незважаючи намініатюрні розміри. Ясно, що потім майже неминуче повинен був з'явитисярозповідь про велетнів, нормально організованих, незважаючи на різко збільшенірозміри. Подібним чином логіка вимагає, щоб за розповіддю про самоорганізаціїклітинних фрагментів дотримувався оповідання про протилежних системах - гігантськихклітинах, розміри яких різко перевищують нормальні.
Рис.2. Схема досвіду зі злиттям декількох одноядерних клітин. У створеномубагатоядерної клітці ядра і органели збираються в єдиній центральній частині, акілька систем мікротрубочок реорганізуються на єдину радіальну систему
Дійсно,такі клітини існують і самоорганізуються. Багатоядерні гіганти в культуріможна отримати двома способами. Перший спосіб - злити кілька звичайниходноядерних клітин в одну (рис. 2), застосувавши спеціальні агенти, наприкладполіетиленгліколь або білки деяких вірусів. Ці агенти здатні перетворитидва контактують один з одним мембрани сусідніх клітин в одну. В результатітаких повторних злиттів виходить велика многоядерная клітка. Механізмиподібного злиття мембран досить складні, і ми їх розглядати не будемо.Другий спосіб отримання гігантів - блокада цітокінеза, останньої стадіїклітинного поділу: поділу цитоплазми двох дочірніх клітин післярозбіжності хромосом. Як відомо, цитокинез - результат освіти підмембраною клітини між двома дочірніми ядрами сократимого кільця з актиновихмікрофіламентів і міозінових молекул, таке кільце поступово стискається, поділяючидві клітини. Функцію сократимого кільця і ​​поділ клітин можна блокуватицитохалазином - речовиною, специфічно порушують формуваннямікрофіламентів. Цитохалазином порушує тільки цитокинез, але не попередністадії поділу, тому в середовищі з цитохалазином клітина стає двоядерним.Якщо блокування цитохалазином повторювати в декількох циклах розподілу, то можнаотримати клітини з 4, 8 і великим числом ядер.
Гігантськіклітини, отримані обома способами, можуть жити в культурі довго - багато днів ітижні. Для нас важливо те, що вже незабаром після утворення клітиниреорганізуються в єдину структуру. Найчастіше такі клітини мають дисковиднуюформу, але іноді можуть витягатися і рухатися. Їх ядра зазвичай збираються вєдину групу, що займає центр клітини, а навколо них скупчуються везикулярніорганели, що утворюють ендоплазму. Навколо ендоплазме розташовується тонкаЛамела. Як і в одноядерних клітинах, на краю гігантів постійно утворюються іскорочуються псевдоподии, а на нижній поверхні ламелли поблизу краюформуються фокальні адгезії, прикрепляющие клітку до дна культури.
Такимчином, у двох різних системах, у невеликих фрагментах, відділених відклітини, і в багатоядерних гігантах, отриманих злиттям кількох клітин абоблокадою їх розподілу, цитоплазма здатна самоорганізовуватися в структуру, принциповоподібну зі структурою нормальної клітини.
Механізми самоорганізації цитоплазми пов'язані зцитоскелетом
Якімеханізми надзвичайної здатності клітинної цитоплазми до самоорганізації?Точно відповісти на це питання ми поки не можемо, але деякі міркування можутьбути висловлені. Самоорганізація відбувається навіть у без'ядерних клітиннихфрагментах, отже, ядро ​​для неї не потрібно. Як ми бачили, найважливішоючастиною самоорганізації є переміщення цитоплазматичних органел, утворюючихендоплазму в центральній частині фрагмента чи гіганта, туди ж у гігантськихклітинах переміщаються і ядра. Природно припустити, що за ці рухивідповідальні ті ж структури, що і за всі інші рухи в клітці: фібрилицитоскелета з прикріпленими до них і органелами моторними молекулами.
Одинз конкретних механізмів такого роду пов'язаний з мікротрубочками. Нагадаю ще раз,що в цілій клітині мікротрубочки ростуть радіально з центросоми, розташованоїблизько ядра, при цьому кожна микротрубочка має два кінці: центральниймінус-кінець і периферичний плюс-кінець. Хоча у відрізаному фрагменті центру немає,мікротрубочки в ньому перерозподіляються, утв...
