А. Фултон - Цитоскелет. Архитектура и хореография клетки (1120983), страница 14
Текст из файла (страница 14)
В телофазе количество микротрубочек в веретене снижается. Оии образуют фрагмопласт, который участвует в делении клетки, направляя формирование клеточной пластинки, Микротрубочки фрагмоцласта появ. ляются сначала в центре клетки, а затем происходит латеральное распространение фрагмопласта, до тех пор пока клеточная пластинка не сформируется полностью. 8. Аркитектира Читоекелета По завершении клеточного деления микротрубочки постепенно занимают кортикальное положение, характерное для микротрубочек интерфазной клетки.
Участие микротрубочек и в ориентации целлюлозных фибрилл, механически определяющих возможную будущую форму клетки, н в образовании препрофазного пучка, задающего ориентацию плоскости клеточного деления, делает их роль в развитии растений ключевой. Весьма вероятно, что во всем этом принимает также участие н актнн, но какое именно выяснить из-за технических трудностей пока не удается. У эукарнотических клеток и внутренние процессы, и внешние функции зависят от цитоскелета.
Как правило, специализация клеток проявляется в специализации цнтоскелетных структур. Такая универсальность значения цитоскелета имеет для нас свои плюсы и минусы. С одной стороны, можно надеяться, что основные механизмы широко распространены и не подвергаются в большинстве эукарнотических клеток существенным изменениям. Но с другой стороны, в качестве предмета исследования выбираются нередко высокоспециализированные клетки, белки которых модифицированы так, чтобы обеспечить, например, крайнюю степень эластичности, или сократи- мости, или стабильности, не свойственную большинству других клеток, и надо иметь в виду, что изучение такого рода специальных случаев приносит пользу лишь тогда, когда тщательно оценивается значение функциональных особенностей конкретной системы, 4.
Хореографии цитоеиелета 4.1. Вещества, прямо или косвенно действующие на цитоскелет Существует ряд препаратов, избирательно действующих на систему микротрубочек или систему микрофиламентов; они активны 1п чйго н способны специфически связываться с тубулином или актином в мономерном или полимерном состояниях. При изучении препаратов, действующих на эти две фибриллярные системы, выявляется немало параллелей. Так, и для микротрубочек, и для микрофнламентов известны препараты, связывающиеся с мономером и подавляющие сборку полимера; кроме того, для обеих систем существуют препараты, связывающиеся с полимером и увеличивающие его стабильность. Первыми соединениями, для которых показано их действие на цнтоскелет, были антимитотические препараты, и прежде всего колхицнн.
Колхнцнн, нокодазол (или онкодазол) и колцемид связываются с одним и тем же участком тубулннового димера 1126~. Связывание повышает нуклеозидтрнфосфатазную активность тубулнна. Комплекс этих препаратов с димером связывается с быстро растущим концом микротрубочек и снижает скорость дальнейшего присоединения мономеров к этому концу. В результате критическая концентрация для этого конца повышается и достигает величины, характеризующей медленно растущий конец. Колхицнн отсоединяется от тубулина медленно и, кроме того, неспецифически связывается с клеточными мембранами, в частности с переносчиками нуклеозидов. Нокодазол имеет по сравнению с колхицином то преимущество, что он более специфичен и его связывание более обратимо. Для выявления побочных эффектов колхццина в контрольных опытах используют люмиколхицин, потерявший под действием света способность связываться с тубулиновыми димерами, но характеризующийся тем же спектром не- специфического связывания.
С участком связывания колхицина перекрывается участок связывания подофиллотокснна, действующего аналогично колхнцину. С иным связывающим участком взаимодействуют винбластин н вннкристин. Связываясь с тубулиновыми димерами, 4. Хореография цитоеяееета винбластин вызывает их агрегацию и образование кристаллов; он подавляет полимеризацию тубулина, уводя его из раствора в агрегаты.
В целом все эти вещества снижают скорость полимеризации, но не вызывают непосредственно разборки микротрубочек. Их действие на цитоплазматические микротрубочки проявляется лишь через несколько часов, хотя подавление образования митотического веретена наступает немедленно. В связи с тем что этн вещества действуют в основном на растущие микротрубочки, их влияние на разные типы микротрубочек в клетке оказывается различным.
Так, микротрубочки жгутиков устойчивы к колхицину, а мнтотические микротрубочки чувствительны к нему. Таксол связывается с тубулином стехиометрически, а не субстехиометрически. Он практически не связывается со свободным тубулнном вне микротрубочек. Результатом действия таксола является увеличение стабильности мнкротрубочек и снижение концентрации свободного тубулина. В присутствии таксола полимеризация тубулина протекает без заметной лаг-фазы; все эффекты, вызываемые таксолом, обратимы 11271. Цитохалазины образуют группу веществ, обратимо связывающихся с актиновым мономером.
Их связывание повышает нуклеозидтрифосфатазную активность актина. Комплекс актина с цитохалазином присоединяется к быстро растущему концу мнкрофиламентов и препятствует дальнейшей полимеризации на нем 11281. В результате действия цитохалазинов критическая концентрация для быстро растущего конца становится такой же, как и для медленно растущего конца. Цитохалазины устраняют лаг-фазу при полимеризации актина, что обусловлено, по-видимому, стабилизацией димеров или тримеров актина.
Дальнейший рост от таких стабилизированных затравок характеризуется, однако, кинетикой, свойственной медленно растущему концу. Цитохалазин В обладает побочным действием: он подавляет транспорт глюкозы через клеточную мембрану; в то же время дигндроцитохалазнн В и цитохалазин 0 не влияют на транспорт глюкозы 1129). Цитохалазин Р обладает более высоким сродством к актину. Аналогично тому как таксол стабилизирует мнкротрубочки, фаллоидино- 4. Хореография цитоекеяета вые препараты стабилизируют микрофиламенты.
Фаллоидин и фаллацидин связываются с полимеризованным актином стехиометрически и обратимо снижают критическую концентрацию. Таким образом, и для микротрубочек, и для микрофиламентов существуют вещества, избирательно блокирующие их полимеризацию или деполимеризацию. До сих пор ни для одной из этих систем филаментов неизвестно веществ, вызывающих быструю деполимеризацию, за исключением, пожалуй, мейтансина, способного быстро деполимеризовать микротрубочки 1п чйго. Однако мейтансин является алкнлирующим агентом, и его действие на микротрубочки до некоторой степени необратимо и, возможно, неспецифично.
При использовании препаратов, действующих на цитоскелет, важно различать немедленные и поздние эффекты. Так, таксол и фаллоидин действуют на соответствующие филаменты, стабилизируя их, но позднее в живых клетках, обработанных этими препаратами, наблюдается образование пучков микротрубочек нли микрофиламентов соответственно. Этот проявляющийся на поздних стадиях эффект подавляется ингибиторами метаболизма, что указывает на его зависимость от источников энергии. Образования пучков не происходит также в обработанном таксолом и фаллоидином изолированном цитоскелете.
Ингибиторы сборни микротрубочек вызывают немедленное блокирование митоза, однако для разрушения ими цитоплазматических микротрубочек требуется от одного до нескольких часов. Децолимеризующее действие на-цитоплазматические микротрубочки, как и образование пучков, зависит от источников энергии. Колхицин не деполимеризует микротрубочки в изолированном цитоскелете. Это указывает на то, что разборка мнкротрубочек в живых клетках является динамическим процессом, включающим в себя зависящую от энергии регуляцию иа концах микротрубочек. Цитохалазины вызывают немедленное подавление образования складок клеточного края и формирования филоподий.
Требуется, однако, продолжительное время, для того чтобы под действием цитохалазинов началось образование плотных фокусов и ветвящихся отростков клетки. 76 4. Хореография цитоекелета На ультраструктурном уровне также можно выделить немедленные и поздние эффекты цитохалазинов. У микрофнламентов свободные концы появляются сразу же после добавления этих соединений, однако скопления и пучки микрофиламентов образуются лишь через определенное время 1130), В изолированном препарате цито- скелета, обработанном цитохалазинами, обнаруживается повышенное число свободных концов, однако в нем не происходит образования скоплений филаментов„ наблюдающегося в живых клетках. Агрегация микрофнламентов в клетке происходит, по-видимому, в результате требующего энергии процесса реорганизации актиновой системы на поздних стадиях действия цитохалазинов. К сожалению, до сих пор неизвестно веществ небольшого размера, непосредственно действующих на промежуточные фнламенты.
В настоящее время единственным способом вызвать разборку промежуточных филаментов 1п ч1чо является микроинъекция в клетку определенных антител. Кроме того, ингибиторы микротрубочек вызывают со временем образование виментиновых и в некоторых случаях десминовых околоядерных структур. Этот их эффект можно назвать поздним, поскольку указанные структуры начинают образовываться из промежуточных филаментов лишь тогда, когда микротрубочки уже полностью деполимеризованы.
Выраженным вторичным действием на цитоскелет и его организацию обладают многие химические соединения. Так, ингибиторы энергетического метаболизма, такие, как дннитрофенол (ДНФ), приводят к разрушению волокон натяжения в течение примерно полутора часов 1131). Эти препараты препятствуют также образованию пучков микротрубочек и микрофиламентов под действием таксола и фаллоидина. Ингибиторы энергетического метаболизма подавляют, кроме того, деполнмеризацию микротрубочек антитубулиновыми препаратами и вообще блокируют все требующие энергии стадии реорганизации цитоскелета. Неожиданным является то, что ингибиторы синтеза белка вызывают формирование около- ядерной виментиновой структуры 1132]. Всякий агент, подавляющий белковый синтез (непосредственно илн подобно интерферону или тепловому шоку), может при- 4.
Хореографии циеоееелееа водить к перестройкам цитоскелета. Циклический АМР и сходные с ним препараты, активируя сАМР-зависимую протеинкиназу, влияют на фосфорилирование легких цепей мнозина в немышечных клетках и фосфорилирование белков, ассоциированных с микротрубочками. сАМР может также влиять на фосфорилирование десмина в мышечных клетках [133]. Известно несколько кальмодулин-связывающих цитоскелетных белков, в том числе спектрин; следовательно, антикальмодулиновые соединения также могут действовать на цитоскелет. Так, вызываемая кальцием разборка микротрубочекв изолированном цитоскелете подавляется ингибиторами кальмодулина. Такая, вероятно, опосредуемая кальмодулином деполимернзация микротрубочек предотвращается белками, ассоциированными с микротрубочками, Бутират натрия, агент, используемый для ингибирования деацетилирования гистонов, также обладает разнообразным действием на цитоскелет; некоторые из вызываемых нм эффектов проявляются в течение нескольких часов [134].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
