Каппуччинелли - Подвижность живых клеток - 1982, страница 11

рнс. 3.9). Согласно одной нз пих, особенности формирующейся из микротрубочек структуры обусловлены образованием специфических мостиков между уже готовыми рядом расположенными микротрубочками. Тип и число возникающих мостиков определяют окончательное расположение микротрубочек в формирующейся структуре. Можно предполагать, что именно так строятся аксоподин некоторых солнечников. Согласно другой гипотезе, конструкция предопределена самим местоположением центров конденсации каждого элемента будущей структуры, так что сборка микротрубочек осуществляется в заранее «запланированных» местах. Этот механизм, по-видимому, действует при сборке ресннчек и жгутиков: круговое расположение Ряе.

З.Э. Двв пути формяровзяяя мядротубулярвых структур: а— тяп структуры определяется после сборки мякротрубочех; б — мяд отрубочхя растут в соответствии е телом будущей структуры, р заданным расположением бвзвлы1ых тел 11бб!. микротрубочек в аксонеме предопределяется в самом начале морфогенеза базального тела, когда начинается сборка девяти триплетов на равных расстояниях друг от друга строго по окружности (165). 3.4. Как микротрубочки генерируют движение? Микротрубочкн могут генерировать движение с помощью по крайней мере двух различных механизмов: за счет активного скольжения нли же путем изменения своей длины. Модель скольжения для движения ресничек и жгутиков предложил Петер Сатир 1128, 1301; в дальнейшем эта модель получила так много независимых подтверж- 3.

Системы подвижности зукариотических клеток 3. Системы подвижности зукариотических клеток 63 деций в разных лабораториях, что теперь ее можно считать доказанной. По этой модели основные рабочие элементы — микротрубочкн и динеиновые ручки, а энергия для перемещения получается при гидролизе АТР. Данные о том, что динеин (белок с АТРазной активностью, из которого построены боковые ручки периферических дублетов в ресничках и жгутиках) непосредственно участвует в генерации движения, были впервые получены на препаратах аксонем из хвостов сперматозоидов морского ежа.

После того как радиальные спицы и нексиновые мостики избирательно переваривались трипсином, аксонемы с интактными боковыми ручками все еше могли двигаться (132). Дальнейшее подтверждение получено при исследовании спермы у человека. При одной из форм бесплодия, известной как синдром Картагенера, сперматозоиды не способны двигаться. Оказалось, что при этом периферические дублеты в аксонеме не имеют динеиновых ручек (9, 11!). Скольжение дублетов аксонемы удается наблюдать непосредственно под микроскопом (по методу темного поля), если аксонемы предварительно частично переварить трипсином.

После добавления АТР можно видеть, что продольные нити микротрубочек становятся длиннее и тоньше. Эти эксперименты показывают, что, когда нексиновые мостики и радиальные спицы переварены трипсином, соседние дублеты имеют возможность скользить друг относительно друга и делают это до тех пор, пока ие перестанут перекрываться, т. е. пока не разделятся полностью. Какую же роль играют динеиновые ручки в этой модели? Динеиновые ручки могут образовывать жесткие мостики между микротрубочкой А, из которой они исходят, и микротрубочкой В соседнего дублета.

При гидролизе АТР мостик разрывается и в тот же момент измеияется ориентация динеиновой молекулы (ручки). Это вызывает скольжение. В результате повторения таких циклов соседние дублеты заметно скользят друг относительно друга и в конечном счете могут полностью разделиться (рис.

3.!О). Этот процесс можно сравнить с тем, как гусеница (дублет сдинеином) ползет по веточке (соседний дублет), попеременно перемещая ноги (динеиновые ручки) до тех пор, пока не доползет Зииеиловые ручзи / о о Рис. 3.!О. Механизм скольжения микротрубочек в аксоиеме. Дублет ! скользит вдоль дублета 2 за счет движения динеиновых ручек. до конца веточки и не упадет с нее. Если дублеты соединены между собой нексиновыми мостиками и связаны с радиальными спицами, то при скольжении они не разделяются, а изгибаются; это, однако, уже другой вопрос, и мы вернемся к нему, когда будем рассматривать механизм движения ресничек и жгутиков.

Движение может также генерироваться путем управления полимеризацией и деполимеризацией микротрубочек. Примеры такого типа движения — удлинение и укорочение аксоподий у солнечников, а также, по-видимому, движение хромосом. Солнечники имеют длинные выступы, лучами исходящие из тела, которые придают им вид солнышка (название Не)(охоа произошло от греческого слова Ье)(оз — солнце). Внутри выступов микротрубочки образуют каркас характерной спиральной конструкции.

Когда солнечник Ас!!пор)згуз движется по плоской поверхности (рис. 3.!1), то его аксоподии, которые выступают вцеред по направлению движения, укорачиваются со скоростью около 20 мкм/мин, в то время как аксоподии, обращенные назад, удлиняются со скоростью стимул < 10 сея стимул > Ю мин 64 3.

Системы подвижности эукариотических клеток Рис. 3.11. Схематическое изображение солнечника, катящегося с помощью аксоподнй, Рис. 3.12. Сокращение аксоподнй у солне шиков сопоставлено со стимуляцией. Вверху: Сеп1гойенбае; внизу: Лсппорьгутйае. 3. Системы подвижности эукариотических клеток 65 около 7 мкм1мин. Эти изменения длины обусловлены частичной деполимеризацией или дополнительной полимеризацией микротубулярных осей аксоподий; деполимеризация сопровождается, сокращением аксоподия, повидимому, за счет поверхностного натяжения клеточной мембраны.

У солнечников Ас((порйгув сокращения крайне медленны из-за того, что в концевом участке каждой аксоподии должна произойти деполимеризация очень большого числа (сотен) микротрубочек (1691 У более мелких солнечников Сеп1го)те1Ыае в аксоподиях находится только по шесть микротрубочек и сокращения происходят очень быстро, по-видимому, в связи еще и с тем, что при воздействии на аксоподию соответствующего стимула деполимеризация микротрубочек происходит по всей их длине, в результате чего вся структура рушится мгновенно (рис.

3.12). Удлинение, однако, осуществляется более медленно — приблизительно с такой же скоростью, как и в аксоподиях Ас(гпорйгуз зо1. Хотя в настоящее время молекулярный механизм расхождения хромосом все,еще остается предметом дискуссий, многие данные указывают на то, что в нем может участвовать процесс полимеризации — деполимеризации микротрубочекмитотического веретена. Предложена более или менее удовлетворительная модель расхождения хромосом, однако согласие пока не достигнуто, а недавнее открытие актомиозиновых нитей в митотическом веретене еще более запутало этот и без того сложный вопрос. Поэтому целесообразно отложить обсуждение до получения новых данных.

3.5. Проблема промежуточных филаментов Филаменты диаметром около 10 нм (т,,е. тоньше, чем микротрубочки, и толще, чем микрофиламенты) — одиночные или в виде небольших пучков в были обнаружены в цитоплазме различных клеток уже на заре применения электронной микроскопии в биологии, Относительное количество этих структур зависит от типа клет- 66 3. Системы подвижности эукарнотических клеток ки; в клетках эпидермиса онн представлены широко и известны под названием тонофиламснтов; в клетках других типов, например в клетках центральной нервной системы, они многочисленны в аксонах и называются нейрофиламентами.

В других клетках млекопитающих этих филаментов не так много, но они все же встречаются (52). Химический состав промежуточных филаментов еще не вполне ясен; они, по-видимому, построены из одного или нескольких основных белков. В препаратах промежуточных филаментов из почечных клеток новорожденных хомячков (из клеток типа 21) при электрофорезе в полиакриламидном геле четко разрешаются две полосы, очень похожие по соответствующей им молекулярной массе на полосы двух тубулиновых субъедиииц (145). Есть, однако, данные и о том, что белки промежуточных филаментов составляют гомогенный класс белков, отличных от других структурных белков клетки.

Антитела, выработанные против промежуточных филаментов одного типа клдток, перекрестно реагируют с промежуточными филаментами клеток других типов, но не с микро- трубочками или микрофиламентами. В этой книге мы упоминаем о промежуточных фила- ментах в связи с тем, что а) эти структуры могут быть соединены с микротрубочками и б) они могут играть какую-то роль в подвижности клеток млекопитающих. В пользу первого предположения свидетельствуют данные электронной микроскопии (обнаружены тонкие мостики из фибриллярного материала, которые связывают стенки микротрубочек с промежуточными филаментами), а также тот факт, что ингибиторы митоза (например, колхицин) вызывают перераспределение промежуточных филаментов 1п у(уо.

Второе предположение подтверждается тем, что, по данным электронной микроскопии, локализация промежуточных филаментов в цитоплазме лейкемических клеток различна в разных фазах их движения (45). Чтобы выяснить свойства и функции этих наименее изученных элементов структурного скелета клетки, нужны, однако, дальнейшие исследования. ,3. Системы подвижности эукарнотическнх клеток 67 3.6. Микрофиламеиты Микрофиламенты эукариотических клеток представляют собой длинные нитевидные структуры толщиной 5 — 7 им, находящиеся в цитоплазме.

Они состоят главным образом из актнна (хотя можно обнаружить и другие белки), в связи с чем их часто называют актиновыми филаментами (или нитями). Они иногда образуют группы или пучки, а в некоторых высокоспециализированных клетках, например в мышечных волокнах, упорядоченные и стабильные структуры, Чаще, однако, из микрофиламентов формируются нестабильные пучки или тонкие сетчатые структуры, их форма и локалйзация в клетке изменяются в зависимости от фазы жизненного цикла клетки, ее движения и т.