О.И. Епифанова - Лекции о клеточном цикле (1129781), страница 3
Текст из файла (страница 3)
По свидетельству коллег, он был хорошим профессиональным музыкантом. Открытие Говард и Пелка в полной мере можно отнести к категории парадигм„которые автор этого понятия Теодор Кун определяет как «признаваемое научным сообществом достижение, служащее в течение определенного времени основой для его деятельности», иначе говоря, позволяющее ставить и решать научные задачи. Парадигма отвечает двум требовани" ям. Она должна быть беспрецедентной (чтобы отсутствовали конкурирующие модели) и открытой (чтобы новые поколения исследователей могли находить в ее рамках нерешенные проблемы).
Беспрецедентность открытия Говард и Пелка состоит в том, что они сместили акцент с изучаемого события как такового (репликация ДНК) на время его осуществления, создав для нас не только азбуку клеточного цикла, но, по образному выражению Мэзии (Мах!а, !978), также его грамматику и календарь. Подобно тому„как историки придумали задним числом эпоху Возрождения или эпоху Просвещения, Говард и Пелк сумели создать историю отдельно взятой клетки с ее периодами, хотя границы между ними так же условны, как границы между историческими эпохами.
Литература Вильсон Э. — «Клетка», Биомедгиз, 1936. Кун Д. — «Структура научных революций», М., Прогресс, 1975. Мазня Д. — «Митоз и физиология клеточ ного делен ня» (ред. — Л.Н.Жинкинн), М., ИЛ, 1963. Энгельгардт В.А. — Вопр. философии, 1960, 49, 240-259. Ргапке %.%. — Епг. 1. Сей Вю)., !988, 47, 145-156.
Ноиагд А., Ре1с 8.К. — Негед!!у, 8прр!., 1953, 6, 261-273. Магда )3. — !п; «Се!1 Кергодисбоп» (Ед. Ьу 13!гкзеп Е.К. е! а1.), Асад. Ргезв, 1»!.У., 1978, р. 1-14. ГЛАВА П. КЛЕТОЧНЫЙ ЦИКЛ И КИНЕТИКА КЛЕТОЧНЫХ ПОПУЛЯЦИЙ Метод радиоавтографин в изучении клеточного цикла Открытие Говард и Пелка положило начало учению о клеточном цикле. Однако в полной мере значение полученных ими результатов было оценено лишь позднее, когда они нашли подтверждение в более точных радиоавтографических исследованияхх с применением специфических предшественников ДН К.
Радиоавтография — один из основнгях количественных методов изучения метаболических процессов без нарушения целости клетки и клеточных структур, объединяющий принципы морфологического и биохимического анализов. Он позволяет локализовать с помощью радиоактивных изотопов биохимические процессы, протекающие а клетках, и изучать таким образом жизнедеятельность последних, Метод основан на введении в исследуемый объект радиоактивного метаболита («меткиь) и выявлении места его включения путем фотографической регистрации излучения.
Наиболее крупные успехи в изучении клеточного цикла были достигнуты благодаря использованию в радиоавтографии специфического предшественника ДНК вЂ” тимидина, меченного тритием. Тритий ('Н) — единственный радиоактивный изотоп водорода; период его полураспада равен приблизительно 12,5 г. Возникающие при распаде трития б-частицы обладают малой энергией и как следствие — небольшой длиной пробега в фотоэмульсии (1-2 мк). Практически это означает, что если в исследуемом биологическом объекте два точечных источника излучения отстоят друг от друга на 1 мк, то на автографе они будут выявлены как два отдельных зерна фотоэмульсии. Тимидин — один из четырех нуклеозидов, участвующих в образовании полинуклеотидной структурыДНК, который характерен только для молекулы ДНК, вследствие чего он является ее специфическим предшественником.
Помимо избирательности в отношении ДНК, к числу достоинств 'Н -тимидина как меченого индикатора относятся его доступность для тканей, быстрота включения в структуры, синтезирующие ДНК, и кратковременное (не более нескольких минут) пребывание в свободном состоянии в организме животных. Существенным обстоятельством является также стабильность образующейся метки, кото- рая, как будет ясно из дальнейшего, может быть «разбавлена» лишь в ходе последовательных клеточных делений.
Основные приемы радиоавтогрвфнческого анализа клеточного цикла. Принципы радиоавтографического анализа клеточного цикла были разработаны сотрудниками Брукхейвенской национальной лаборатории во главе с Квастлером (Оцазйег), а затем расширены и дополнены многими исследователями. Это направление в изучении регуляции клеточного цикла стало самостоятельной научной дисциплиной, получившей название «кинетика клеточных популяций», или, сокращенно, «клеточная кинетика», Она оказалась настолько плодотворной, что позволила в сравнительно короткий срок не только сформулировать новые представления о структуре клеточного цикла, но и успешно приступить к его анализу с помощью математического моделирования. Основной вехой в развитии этого направления явилась разработка метода меченых митозов с применением 'Н-тимидина.
Метод основан на тех же экспериментальных подходах, которые были впервые описаны Говард и Пелком, использовавшими в качестве индикатора синтеза ДНК в клетках корневой меристемы фасоли радиоактивный фосфор. При введении в организм 'Н-тим идина в любой популяции мечеными оказываются лишь те клетки, которые в данный момент синтезируют ДНК, то есть находятся в 3-периоде клеточного цикла. Клетки, находящиеся в момент введения меченого предшественника ДНК в периодах О, и О, а также в митозе, соответственно не содержат метки (рис.
5). Продолжительность периодов клеточного цикла можно определить графически, регистрируя изменение процента меченых митозов в различные промежутки времени после однократной инъекции 'Н-тимидина (рис. 6). Втечение некоторого времени после инъекции в митоз продолжают вступать немеченые клетки, которые в момент введения меченого предшественника находились в периоде О, Затем в митоз начинают вступать меченые клетки, причем первыми входят те клетки, которые были помечены в конце Я-периода, а последними— те, которые были помечены в его начале.
Позже в митоз начинают вступать немеченые клетки из периода Ог Рис. 5. Автограф культуры клеток китайского хомячка, меченных 'Н- тимидином. Рис. 6. Изменение процента меченых митозов в различные сроки после однократного введения в организм 'Н-тимидина. Гипотетический случай, когда продолжительность каждого периода клеточного цикла постоянна для всех клеток популяции. По оси абсцисс — время после введения меченого индикатора, по оси ординат — процент меченых миговое. Т вЂ” продолжительность клеточного цикла, Ги г,, 1 продолжительность периодов О„Б и митоза.
На рис. 6 изображен идеальный случай, когда продолжительность каждого периода митотического цикла является постоянной величиной для всех клеток популяции. При атом длительность Б-периода равно отрезку прямой, соединяющей точки, соответствующие 50% меченых митозов на восходящей и нисходящей частях первой волны меченых 1Д митозов. Однако О в реальных клеточных системах кривые меченых митозов носят Ф Ф несколько иной О характер (рис. 7). Ф Ф ОО Вследствие варьирования дли- е з ~о и во вз зо зв «о тельности периодов клеточного Рис. 7. Изменение процента меченых митозов цикла, увеличе- в зпителии крипт подвздошной кишки мыши в н не процента различные часы после однократного введения 'Н- меченых митозов тимидина (по данным Квастлера и Шерман). По ( в о с х о д я щ а я оси абсцисс — время (ч) после введения меченого часть кривой) индикатора, по оси ординат — процент меченых митозов.
происходит медленнее, чем это предполагается в идеальном случае. Поэтому в реальных клеточных системах минимальная и средняя продолжительность периода О, различаются между собой, а нисходящая часть кривой меченых митозов оказывается более пологой, и второй пик меченых митозов выглядит несколько «размы-' тым»„что иногда затрудняет установление продолжительности всего клеточного цикла. Для преодоления этих трудностей были разработаны приемы, позволяющие контролировать правильность определения параметров клеточного цикла по кривой меченых митозов.
Критерием того, 'что разделились все клетки, находившиеся в момент введения 'Н-тимидина в Я-периоде, может служить удвоение числа меченых клеток. В противоположность этому, среднее число зерен серебра на клетку, напротив, должно уменьшаться в два раза после каждого деления. Метод меченых митозов остается и в наше время одним из самых распространенных способов определения продолжительности периодов клеточного цикла. Со временем в него были внесены уточнения, которые„однако не поколебали положенные в его основу принципы. Наряду с методом меченых митозов, Квастлером (()иаз1!ег, 1960) были предложены уравнения, позволяющие определять продолжительность периодов митотического цикла в клеточных системах, находящихся в так называемом стационарном состоянии (см.
главу У). В таких системах число клеток, поступающих за единицу времени в любой период цикла, равно числу клеток, выходящих из этого периода, а отношение числа клеток и, в каком-либо периоде цикла к средней продолжительности этого периода 1; есть величина постоянная и равная отношению общего числа клеток г1 в митотическом цикле к его длительности Т; п1/11 = сопы. = Х/Т, откуда п1/)ч = Г1/Т Пользуясь этим уравнением, можно вычислить продолжительность любого периода цикла, в том числе Я-периода В ), если известны индекс меченых клеток пз/И и величина Т; точно так же, зная продолжительность Б-периода, можно определить величину Т.
Вклад Квастлера в учение о клеточном цикле необычайно велик. «Этому человеку клеточная кинетика обязана более, чем кому-либо. В научном отношении он был идеально снаряжен, чтобы стать пионером в данной областиь, — пишет английский исследователь Лен Ламертон в некрологе, посвященному Квастлеру. Создатель метода меченых митозов и клеточной кинетики— Генри Квастлер начинал свою карьеру как врач-рентгенолог сначала в Вене, а потом в Албании. В 1937 году он эмигрировал в США и продолжал практиковать там еще в течение нескольких лет. Участвуя в совместных радиобиологических исследованиях с сотрудниками Иллинойского университета, он понял, что ему не хватает фундаментальных знаний, и самостоятельно изучил математику и теоретическую физику, причем в такой степени, что не только смог успешно применять их для решения биологических проблем, но и опубликовал ряд крупных исследований в области теории информации, математической биологии и физики проникающих излучений. Последние восемь лет жизни Квастлер проработал в Брукхейвенской лаборатории, где приступил к исследованиям по кинетике клеточных популяций.
Обладая мощным интеллектом и большой внутренней силой, Квастлер привлекал к себе многочисленных учеников. «Хотя его работы в области клеточной кинетики и легли в основу наших знаний о ней, — пишет Ламертон, — едва ли не большее значение имело его личное влияние. Он был руководителем, консультантом и другом многих исследователей из разных стран мира. Его доброжелательность, научная щедрость и широта кругозора не знали границ». Квастлер ушел из жизни в 19бЗ году в возрасте пятидесяти пяти лет, покончив с собой после смерти жены. Общие закономерности прохождения клеточного цикла и его периодов Представление о клеточном цикле с течением лет претерпело изменение. Вначале под клеточным циклом подразумевали весь жизненный цикл клетки от момента ее возникновения до гибели, включая периоды дифференцировки и другие физиологические состояния.
Постепенно понятие клеточный цикл стали использовать только как синоним митотического, или пролиферативного цикла с его четырьмя периодами. Такое смещение понятий — нередкое явление в научной литературе. Оно происходит непроизвольно и отражает развитие научной мысли, которая стремится выйти за рамки жестких определений. Швейцер полагал, что отвлеченные категории затрудняют естественный ход мысли, подобно тому, как колеи на дорогах сковывают движение. В настоящее время клеточный цикл удобнее всего обозначить как интервал между завершением митоза в исходной клетке и завершением митоза в ее дочерней клетке.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
