О.И. Епифанова - Лекции о клеточном цикле (1129781), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Описанные свойства хроматина покоящихся клеток указывают на репрессированное в целом состояние генома, что проявляется в низкой матричной активности хроматина и его сниженной способности транскрибировать новые молекулы РНК. Следует, однако, иметь в виду, что инактивация генома далеко не всегда бывает полной, причем для каждого типа клеток характерна определенная степень подавления активности ядра. Это происходит потому, что переход в состояние покоя сопровождается, с одной стороны, инактивацией генов, продукты которых контролируют прохождение клеточного цикла, а с другой, стороны, напротив, экспрессией генов, обеспечивающих дифференцированное состояние клеток данного типа, иначе говоря выполнение ими специализированных функций (подробнее см.
на стр. 36 и в главе 1Х). Синтез макромолекул Покоящиеся клетки, завершившие митоз, содержат вполовину меньше РНК, чем пролиферирующие клетки. Одна из причин этого — снижение транскрипционной активности хроматина. В то же время степень изменения транскрипции отдельных классов РНК варьирует в зависимости от типа клеток, Необходимо также, принимать во внимание, что конечное количество каждого класса РНК определяется координированной регуляцией нескольких событий, включающих в себя синтез предшественников РНК в ядре, их процессинг, перенос в цитоплазму и деградацию. Эти события могут быть затронуты в покоящихся клетках разных объектов лишь частично или же избирательно, однако в конечном итоге всегда наблюдается снижение общего уровня образования РНК.
Скорость синтеза белка в покоящихся клетках также в несколько раз ниже, чем в пролиферирующих, что может происходить вследствие уменьшения количества цитоплазматической матричной РНК (мРНК) и транспортной РН К (тРН К), ограниченного числа функционально активных рибосом, собранных в полисомы, а также изменениями трансляционного аппарата: снижением скорости связывания мРНК с рибосомами, замедлением элонгации полипептидной цепи и другими причинами, В функционирование белок-синтезирующего аппарата вовлекается актиновый цитоскелет, который претерпевает реорганизацию в покоящихся клетках (БЬемакоуа е1 а1., 1993).
Несмотря на то, что не каждый из перечисленных процессов может затрагиваться при переходе клеток в состояние покоя, происходящие изменения в совокупности приводят к двукратному снижению в них общего количества белка. Обновление макромолекул Метаболизм покоящихся клеток характеризуется повышением скорости обновления, или кругооборота (шгпочег) макро- молекул, включающего в себя процессы их деградации и ресинтеза. Рибосомная РНК (рРНК) практически полностью стабильна в активно пролиферирующих клетках и сравнительно быстро обменивается в покоящихся (табл.
2). Более стабильна в пролиферирующих клетках и тРНК. Что касается цитоплазматической мРНК, то она не является стабильной ни в пролиферируюших, ни в покоящихся клетках, однако в последних она, как правило, менее стабильна. Оценить это бывает иногда непросто по причине наличия в различных типах клеток короткоживущих и долгоживущих молекул мРНК. Долгоживущие м РН К, сохраняющие матричную активность, могут участвовать в образовании белка, обеспечивая быстрый ответ покоящихся клеток на митогенный стимул в случае длительного пребывания клеток в состоянии пролиферативного покоя. Скорость обновления белка в покоящихся клетках также в целом выше, чем во время пролиферации, хотя встречаются и отклонения от этого правила, зависящие от типа клеток и свойств отдельных белков.
Причиной ускоренного обновления белка может служить его быстрая деградация, однако в некоторых случаях отмечена одинаковая скорость распада белков в Таблица 2. Время обновления РНК и белка в нролиферирующнх (Р) и покоящихся (В) клетках Таблица 3. Скорость обновления макромолекул в пролифернрую- щнх (Р) н покоящихся клеток (К) клетках (условные еа./мнн) Деградация вещества в К-клетках ускорена Деградация вещества в Р н К-клетках одинакова пролиферирующих и покоящихся клетках.
Тем не менее обновление белков в состоянии покоя ускоряется. Простые примеры, поясняющие, каким образом при снижении общей скорости синтеза белка и разной степени его деградации может возрастать скорость его обновления, приведены в табл.
3. В отличие от пролиферирующих клеток, которые используют новообразованные белки в основном лля своих нужд (удвоение массы, регуляторные функции и т д), покоящиеся клетки легко избавляются от синтезируемых белков, выделяя их, наряду с другими продуктами метаболизма, в окружающую среду. Появление в покоящихся клетках новых белков При переходе клеток в состояние покоя изменяется не только количественное содержание белков, но также и их состав.
Так, гистон Н!" (субфракция хромосомного белка— гистона Н!) обнаруживается преимущественно в покоящихся клетках и быстро исчезает при действии митогенов. Нуклеосомы покоящихся клеток содержат также некоторые субфракцни гистонов (в частности, Н2А), которые синтезируются только в состоянии покоя. В последние годы с помощью моноклоиальных антител в покоящихся клетках выявлены белки, считающиеся их специфическими маркерами, поскольку они в обычных условиях ие встречаются в пролиферируюших клетках. К их числу относится статин — белок с мол.
массой 57 кД, присутствующий в нуклеоплазме и ядерной оболочке покоящихся фибробластов и терминальио дифференцированных кератиноцитов (о других белках, в том числе регуляториых — см. гл, Х). Таким образом, несмотря на снижение общего количества вырабатываемых макромолекул, при переходе клеток в состояние покоя в иих начинают сиитезироваться новые белки, отсутствующие или встречающиеся в ничтожных количествах во время прохождения клеточного цикла. Это позволяет заключить, что покоящимся клеткам присущ особый метаболический статус, проявляющийся в характерном для этого состояния наборе синтезируемых молекул.
Активность ферментов аиаболизма и катаболизма Активность анаболических Ферментов, катализирующих образование макромолекул, значительно снижается при переходе клеток в состояние пролиферативиого покоя. Это касается в первую очередь всех основных ферментов, участвующих в репликации ДНК. В покоящихся клетках самых разных типов многократно снижается активностьДНК-полимеразы а, ответственной за 90% тотального синтеза ДН К, и ориитиидекарбоксилазы — фермента, катализирующего первый этап биосиитеза полиаминов, связанный с началом пролиферации клеток, Отмечается снижение активности ферментов, участвующих в фосфорилировании пиримидииовых оснований, входящих в состав ДНК(тимидиикииазы идезоксицитидинкииазы), и ферментов, катализируюших разрыв и воссоединение фосфодиэфириых связей в молекуле ДНК (топоизомераз ! и Н).
Активность ферментов, катализируюших метаболические пути образования РНК и белков, в целом также существенно снижается при переходе клеток в состояние покоя. В противоположность этому, в покоящихся клетках наблюдается повышенная активность многих ферментов катаболизма (табл. 4). Первые доказательства усиления такой катаболической активности были получены при исследовании лизосом— оргаиелл, участвующих в ауголизе клеток путем образования и Таблица 4.
Повышение активности Ферментов катаболизма в иокояшихся клетках Тип клеток Фермент Гидролазы, свнзанные с л>оосомамн Фибробласты человека Фибробласты мыши ЗТЗ Клетки мыши Еытб Ь-клетки Клетки гепатомы Рейесом Клетки крысы РСГ2 Клетки гепатомы 3924 Ксснотрансплантвты карииномы толстой кишки челонека Клетки китайского хома ~ка Касткн печени крысы Апетилхолинзстереза. катспснп 0 Фенилалвнинпшрокснлазв Тпрозингидроксилвза Пнрнмилинпуклеозишпы Пуриннуклеозндазы Лактатдсгидрогеназа Дегидрогсназа никла трикарбоновых кислот Кнслав Фосватаза Клетки Несо Диплоилные Фибробласты человеке ххгь3 В Фнбробласты мыши ЗТЗ Фосч!годиэстераза ей М Р Се иноеан и огеаза Пролиферативиый покоя — актявпое метаболическое состояние клетки Итак, мы видим, что клетки, перешедшие в состояние пролиферативного покоя, отличаются весьма своеобразным метаболическим статусом по сравнению с пролиферируюшими клетками (табл.
5). С одной стороны, их характеризует значительная метаболическая инертность, проявляющаяся в снижении притока питательных веществ через наружную мембрану, конаенсации хроматина и уменьшении количества вновь образуемых макромолекул. Сдругой стороны, в покоящихся клетках выделения гидролитических ферментов, Оказалось, что культивируемые покоящиеся клетки содержат большое число аутофагических вакуолей, гидролитическая активность которых коррелирует с накоплением липидов. Увеличение активности лизосомных ферментов в покоящихся клетках может быть предотвращено добавлением ингибиторов синтеза белка, что свидетельствует об индукции их образования при переходе клеток в состояние покоя. Имеются также данные об активации в покоящихся клетках других (нелизосомных) ферментов катаболизма (см. табл. 4).
Таблица 5. Метаболические особеииости покоящихся клеток Ускорение обновленна РНК и белка Снижение оронинаемасти наружное мембраны Коьшенсаииа кром»тина, снижение его матричной активности Уменьшение образованна мвкромолекул Повышение активности ферментов катабоаизма избирательно активируются отдельные метаболические процессы: ускоряется обновление макромолекул и повышается активность ферментов катаболизма, Возникают следующие вопросы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
