О.И. Епифанова - Лекции о клеточном цикле (1129781), страница 6
Текст из файла (страница 6)
К статичным клеткам относят также миоциты и нейроны, хотя хроматин в них деконденсирован и обладает транскрипционной активностью, что связано с выполнением клетками специфических функций в отсутствие пролиферации. При этом нейроны полностью утрачивают способность к размножению в постнатальном периоде развития организма. (2) Растущие, или медленно пролиферируюшие клетки, отличающиеся низкой митотической активностью и незначительным уровнем гибели (лимфоциты, хондроциты, гепатоциты и др.). Такие клетки сохраняют способность к пролиферации при благоприятных для этого условиях. В частности, в паренхиматозных клетках печени пролиферативный потенциал проявляется, как мы видели, после частичной гепатэктомии.
(3) Обновляющиеся клеточные популяции, в которых высокий уровень пролиферации уравновешивается гибелью клеток. В этих клеточных популяциях основная масса вновь образованных клеток мигрирует, специализируется, претерпевает терминальную дифференцировку и погибает. Примером таких популяций могут служить клетки гемопоэтической системы, эпителиев, выстилающих полости органов, и эпидермиса. Стволовые клетки в обновляющихся популяциях сохраняют на всем протяжении своей жизни пролифератив- ный потенциал и способность к самоподдержанию и дифференцировке, восполняя таким образом клеточную потерю во всей популяции. Из сказанного следует, что непосредственный анализ покоящихся клеток в тканях целого организма затруднен, поскольку многие из них рассеяны среди пролиферирующих клеток и практически не отличаются от них по морфологическим признакам.
Стволовые клетки, которые пребывают в состоянии покоя значительную часть своей жизни, составляют лишь небольшую долю в клеточных популяциях. Основная же масса покоящихся клеток во взрослом организме выполняет многочисленные специфические функции. Для преодоления этих трудностей успешно применяют экспериментальный прием, заключающийся в митогенной стимуляции покоящихся клеток с последующим анализом их поведения в клеточном цикле. Наиболее распространенными популяциями со стимулированным размножением клеток в организме животных, помимо уже упоминавшихся гепатоцитов регенерирующей печени, служат клетки кроветворной системы и эпителиальные клетки различных тканей, обработанных митогенами.
Широко используют в этих целях культуры животных клеток, которые переводят в состояние пролиферативного покоя путем увеличения клеточной плотности при многодневном культивировании, а также с помощью удаления из питательной среды сыворотки. В условиях высокой клеточной плотности или истощения питательной среды число клеток в популяции стабилизируется, и культуры переходят из экспоненциальной фазы роста в стационарную, отличающуюся крайне низкими показателями уровня синтеза ДНК и митотической активности (рис. 15).
При этом клетки остаются жизнеспособными в течение длительного времени, сохраняя пролиферативный потенциал. Обычно подавляющая часть клеток стационарных культур выходит из цикла по окончании митоза (период покоя В,). Однако в некоторых клеточных популяциях небольшая часть клеток может переходить в период покоя В,. Эти клетки отличаются меньшей стабильностью и жизнеустойчивостью, по сравнению с клетками в периоде Вп и поэтому не годятся для длительных наблюдений. ааа 2в 55 1В 5 5 15 15 55 55 Рис.15.
Характер пролиферацни культуры клеток при длительном выращивании без смены среды. По оси абсцисс — время культивирования клеток (ч), по оси ординат: слева — общее число клеток в популяции (1), справа — индекс клеток, меченных 'Н-тимидином (2) и мнтотический индекс (3). Критика представлений о клеточном цикле и состоянии пролиферативиого покоя Несмотря на убедительность доводов Лайты, открывшего фазу Оя, отдельные исследователи продолжали настаивать на том, что клетки не выходят из цикла, а лишь замедленно проходят период О, Они утверждали, что при непрерывном контакте с 'Н-тимидином индекс меченых клеток в популяции рано илн поздно достигает 100%, а это означает, что все клетки постепенно вступают в б-период.
Подобное возражение было устранено после того, как выяснилось, что величина пролиферативного пула не всегда может служить надежным показателем присутствия в популяции покоящихся клеток (см. стр. 33). В !973 году появилась статья Смита и Мартина (Яш)1)5, Магии) с броским названием «Циклируют ли клетки?»Авторы подвергли кардинальному пересмотру сложившееся со времени работ Говард и Пелка представление о клеточном цикле с его классическими четырьмя периодами и предложили собственную концепцию так называемого вероятностного перехода. Согласно их модели, клеточный цикл состоит из двух частей: вероятностного состояния А, в котором клетки не пролиферируют, и детерминированной фазы В, включающей в себя периоды Я, О„М и частично период О, Переход клеток из состояния А в фазу В происходит случайно, иначе говоря все клетки популяции имеют одинаковую вероятность вступления в цикл, а митогенные стимуляторы лишь увеличивают эту вероятность.
В нормальных условиях клетки, вступившие в фазу В, неизбежно должны разделиться. Модель однозначно постулировала, что контроль клеточного цикла существует исключительно на этапе А+-> В и не зависит от предшествующей истории клетки, Гипотеза вероятностного перехода нашла многочисленных приверженцев и оживила исследования в области клеточной кинетики. Однако некоторые данные шли вразрез с ее постулатами.
Так, стали появляться указания на зависимость продолжительности клеточного цикла от событий предыдущего цикла. Была обнаружена также значительная вариабельность фазы В, что свидетельствовало против ее жесткой детерминированности. Наконец, с помощью цейтраферной киносьемки отдельных клеток в стационарной культуре фибробластов было установлено, что они обладают различной чувствительностью к митогенам и, следовательно, их шансы на вступление в цикл не равновероятны (Вгоойэ ег а!., 1984). Классическая модель клеточного цикла усгояла, и было окончательно признано, что клетки могут выходить иэ цикла в особое состояние О„(см. Вгоо1сз, КнЫ1е, 1988). Особенности вступления покошцихся клеток в миготнческий цикл.
Изучение клеточного цикла методами клеточной кинетики доминировало в 60-х годах, но постепенно стало уступать место ультраструктурным и биохимическим исследованиям свойств пролиферирующих и покоящихся клеток, подробному рассмотрению которых посвящена следующая глава. Начало биохимическому подходу было положено работами Базерги (Ваэег8а, 19б8), который первым обратил внимание на то, что метаболические процессы в непрерывно пролиферирующих клетках, проходящих период О, по окончании митоэа, отличаются от процессов, предшествующих началу репликации ДНК после митогенной стимуляции покоящихся клеток.
Оказалось, что ПРЕРЕПЛИКАТИВИЫЙ ПЕРИОД ранний поздний 1 ! 1 1 т-пункт 1 1 1 1 Стимул О М Оа Рис.16. Схематическое изображение событий, развертывающихся при переходе клетки из состояния покоя ()() к пралиферацни (Р). М— митоз, О, — пресннтетнческий период, Я вЂ” период синтеза ДНК, гпункт — пункт ограничения, белые стрелки — плейотнпнческнй ответ клетки на пролнфератианый стимул (объяснения а тексте). стимулированным клеткам требуется больше времени, чтобы войти в З-период, чем непрерывно пролиферирующим клеткам.
Для обозначения отрезка времени между применением стимула и началом синтеза ДНК Базерга предложил термин «пререпликативный период» (рис. !6). Продолжительность пререпликативного периода в животных клетках составляет'от !О до 24 час. Пролиферативный стимул вызывает в клетках серию быстро протекающих множественных структурных и функциональных изменений — так называемый плейотипический ответ. Ранний пререпликативный период характеризуется усилением транспорта низкомолекулярных веществ через наружную мембрану клетки и транзиторной активацией синтеза отдельных видов мРНК и белков, Эти изменения протекают в стимулированной клетке до определенного момента, получившего название «пункт ограничения» (гез1г!ст!Оп ро!пт), пройдя который, клетка становится необратимо комитированной к репликацииДНК (Рагбее, 1974).
События позднего пререпликативного периода вкпючают в себя вторичное усиление общего синтеза РНК и белков, в том числе образование инициаторов репликации ДНК. Попытки локализации пункта ограничения во времени не привели к однозначным результатам. Если рассматривать его как этап пререпликативного периода, после которого ингибитор пролиферации уже не в состоянии воспрепятствовать прохождению клеточного цикла и вступлению клетки в Я-период, то скорее всего он расположен в непосредственной близости от границы периодов О,/3, что впрочем может варьировать для разных ингибиторов. В 1974 году Аугенлихт и Базерга (Ацйеп(1с1и, Вазегйа, 1974) в опытах на диплоидных фибробластах человека обнаружили, что чем дольше клетки находятся в состоянии покоя, тем больше времени им требуется для прохождения пререпликативного периода после стимуляции, причем уменьшается также фракция клеток, вступающих в Я-период.
Авторы пришли к заключению, что популяция покоящихся клеток не является гомогенной, и что клетки могут «углубляться» в состояние покоя (см, рис. 16). Со временем были выявлены и другие признаки подобного углубления, в том числе изменение ряда метаболических характеристик, о чем пойдет речь в следующей главе. Существенно, что клетки, вышедшие из цикла в период покоя й„также углубляются в это состояние по мере пребывания в нем, о чем свидетельствует увеличение продолжительности лагпериода, предшествующего нарастанию митотической активности после стимуляции (Ха(гзи, Кппцга, 1985).
Значение периодов пролиферативного покоя для функционирования различных биологических систем Способность клетокпериодически прекращать пролиферативную активность лежит в основе различных физиологических состояний, связанных с наступлением пауз в развитии организмов. Этим свойством обладают клетки самых разных биологических объектов, независимо от уровня организации.
Такие явления, как образование бактериальных спор, инцистирование одноклеточных, покой семян у растений, паузы при метаморфозе насекомых, зимняя спячка у млекопитающих и многие другие процессы, возможны именно благодаря способности клеток переходить в состояние пролиферативного покоя, что можно считать одной из общих физиологических характеристик живых существ (см. Ер)гапоча, ТегзИй, 1969; Иванов, 1974). Вместе с тем необходимо отметить, что среди прокарнотических и низших эукариотических организмов переход в состояние покоя в большей степени связан с необходимостью переживать неблагоприятные для размножения условия среды.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
