О.И. Епифанова - Лекции о клеточном цикле (1129781), страница 9

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 9)

Являются ли обнаруживаемые в покоящихся клетках активные метаболические процессы характерными признаками состояния пролиферативного покоя как такового, а не реакциями, предшествующими или сопутствующими возможной гибели клеток в отсугствие пролиферации? И, если справедливо первое предположение, то в чем заключается биологический смысл подобной активации? Прежде, чем попытаться ответить на эти вопросы, уместно сделать небольшое отступление. В этической системе чань- буддизма существует сложная категория «увей» вЂ” недеяние, что обычно трактуется европейскими синологами как пассивность и непричастность.

Швейцер же усмотрел в этом понятии наивысшую, совершенную форму поведения субъекта, когда его деятельность не нуждается в показной активности, а направлена на достижение самой важной цели, хотя и скрыта от глаз постороннего наблюдателя. Что же происходит с клеткой, переходящей в состояние пролиферативного покоя? Налицо, казалось бы, ее общая метаболическая инертность, однако при ближайшем рассмотрении в ней можно увидеть признаки избирательной и целенаправленной активации отдельных процессов, назначением которых служит, как будет ясно из дальнейшего, поддержание жизнеспособности клетки в отсутствие воспроизведения.

Это заключение иллюстрирует рис. 18, где условно изображен характер синтеза основных макромолекул в клетке, находящейся в различных состояниях. В пролиферирующих клетках (А) на протяжении клеточного цикла происходит редупликация ДНК, а также удвоение количества РНК и белка. По окончании митоза содержание макромолекул в клетке возвращается к Рис.18. Схема, иллюстрирующая условное соотношение в содержании ДНК (!), РНК (2) и белка (3) в клетках, находящихся в состоянии пролиферации (А). покоя (Б) и несбалансированного роста (В). исходному (Б). Если искусственно подавить синтезДН К каким- либо ингибитором, не влияющим на образование РНК и белка (В), то наблюдается явление так называемого несбалансированного роста, когда клетка аномально увеличивается в размерах и затем погибает.

В отличие от этого, покоящиеся клетки (Б) активно предотвращают избыточное образование РН К и белка, что поддерживает внутриклеточное содержание макромолскул в состоянии равновесия, необходимого для жизнедеятельности клетки. На рис. 19 соотношение тех же событий представлено в несколько другом аспекте, иллюстрирующим способность Рис.19. Схема, иллюстрирующая возможность длительного пребывания клеток в состоянии пролиферативного покоя: А — репродукция клеток, Б — самоподаержание клеток без воспроизведения,  — гибель клеток вследствие несбалансированного роста.

Стрелками обозначены переходы клеток из одного состояния в другое; тонкими стрелками— недостаток поступления питательных веществ извне, компенснруемый частичной аутофагией, покоящихся клеток (Б) компенсировать недостаток поступления питательных веществ извне путем частичной аугофагии, вызываемой активацией гидролитических ферментов лизосомного аппарата. Таким образом, если пролиферирующие клетки поддерживают себя посредством воспроизведения, то в покоящихся клетках существует механизм самоподдержания без воспроизведения, препятствующий их гибели в неблагоприятных условиях и позволяющий им пребывать в состоянии покоя неограниченное время. Теперь известно, что в покоящихся клетках активируются и другие метаболические реакции, назначением которых служит, помимо поддержания жизнеспособности, также и предотвращение возврата клетки к пролиферации.

Одним из таких процессов можно считать уже упоминавшуюся аккумуляцию ионов кальция на поверхности покоящихся клеток, являющуюся частью механизма стабилизации наружной мембраны с последующим снижением поступления питательных веществ в клетку, утратой подвижности и прекращением пролиферации.

Впрочем необходимо помнить, что роль ионов кальция в метаболизме клеток многообразна и не является специфической в инициации событий клеточного цикла. К этому вопросу мы еще вернемся позднее. При переходе клеток в состояние пролиферативного покоя наблюдается повышение активности некоторых ферментов, принимающих участие в модификации хроматина, в частности, его деацетилировании, что снижает транскрипционную активность и в конечном итоге тормозит пролиферацию. Другим примером мажет служить активация в покоящихся клетках Фермента поли(АОР-рибозо)-полимеразы, способной сшивать молекулы гистона Н!, расположенные в межнуклеосомных участках хроматина, и способствующей таким образом его конденсации, что, как мы видели, характеризует состояние покоя.

В поддержании состояния покоя существенную роль играет также усиление реакций Фосфорилирования белков с участием сАМР-зависимых и сАМР-независимых протеинкиназ. На рис. 20 схематически изображено, каким образом сАМР-зависимая протеинкиназа может препятствовать синтезу белка в культуре Фибробластов путем фосфорилирования ингибитора, функция Рис.20. Участие сАМР-зависимых протеинкиназ в полдержании состояния покоя. которого в фосфорилираванном состоянии заключается в подавлении инициации процесса трансляции (левая часть рисунка), а также воздействием на другие метаболические реакции (правая часть рисунка).

Биологический смысл избирательной активации метаболических процессов в состоянии пролнферативного покоя Как примиритьдве, казалось бы, противоположные тенденции в поведении клеток: с одной стороны, стремление к непрерывному размножению, обеспечивающему «биологическое бессмертиеь, а с другой — способность на длительное время прерывать пролиферацию? Известно, что каждая отдельная клетка имеет ограниченную продолжительность жизни и предел роста, но оба эти ограничения преодолеваются при делении исходной клетки с образованием двух новых. Вместе с тем, реальные клеточные системы постоянно сталкиваются с воздействиями, неблагоприятными для воспроизведения.

Поэтому еще на раннем этапе эволюции клеткам необходимо было выработать механизм, позволяющий использовать благоприятные возможности для репродукции и прерывать ее при неблагоприятных условиях. Эта задача была решена таким образом, что каждая клетка приобрела способность находиться вдвух состояниях — активной пролиферации и пролиферативного покоя, когда она выходит из клеточного цикла, но полностью сохраняет жизнеспособность и пролиферативный потенциал. Покоящиеся клетки становятся в целом более инертными в метаболическом отношении, чем пролиферирующие. Переход в состояние покоя у прокариотоа и низших эукариотическнх организмов нередко сопровождается формированием спор, цист и подобных образований, благодаря чему клетки успешно переносят неблагоприятные условия. В то же время в покоящихся клетках избирательно активизируются отдельные метаболические реакции.

Среди процессов, обеспечивающих жизнедеятельность покоящихся клеток, особенно существенны повышение скорости обновления макромолекул н активация ферментов катаболизма (табл. 6). Повышенная активность ферментов катаболизма обусловливает частичную аутофагию покоящейся клетки, компенсирующую недостаток поступления в нее питательных веществ. Ускоренное обновление РНК и белков, наряду с возможностью экскреции последних, препятствует несбалансированному росту и гибели покоящихся клеток, а также обеспечивает их устойчивость к внешним воздействиям за счет более активного разрушения поврежденных молекул, которые менее стабильны, чем нормальные.

Избирательная активация отдельных метаболических процессов в состоянии пролиферативного покоя присуща как низшим, так и высшим организмам н может рассматриваться как единый принцип существования покоящихся клеток. Способность же клеток переходить в состояние покоя является, как мы видели, общим свойством живых систем, приобретенным в процессе эволюции. Таблица б. Подцержание жизнеспособности покоящихся клеток Активапил ферментов катаболнзма Ускоренное обновление макромолекул Фосоорилирование и летрашшин белков Разрушение лефскти»1а молекул Части ~нмй ау«олив Пополнение пуле преашествеиников Экскремин белков и полиаминов Постовнство к«лизе«гав РНК и белка Аккунулимин липин«в Бмстраи реакмиине изменении окружашмсй с сам Пастолнство объема и лисам Литература Епифанова О.И., Терских В.В„Полуновский В.А.

— «Покоящиеся клетки»,!983, М., Наука. Епифанова О.И., Терских В.В., Полуновский В.А — «Регуляторные механизмы пролиферации клеток», 1988, Итоги науки и техники, том 1О, М„ВИНИТИ. Завадскав Е,В. — «Культура востока в современном западном мире», 1977, М., Наука. %еиакоча Е.А., Моща 1..Р., Оачп1оча 1..Р. — Се!! Вю!. 1пгегп., 1993, !7, 417-42 !. %апк Е. — 3.СеИ Вю1., 1985 а, 100, 545-551. %ада Е.

— 3.СеП Вю!., 1985 Ь, 101, 1695-!70!. ГЛАВА У. РЕГУЛЯЦИЯ КЛЕТОЧНОГО ЦИКЛА. ВНЕКЛЕТОЧНЫЕ (ЭКЗОГЕННЫЕ) РЕГУЛЯТОРЫ Общие принципы регулирования в живых системах Следует подчеркнуть, что назначение регуляторных механизмов клеточного цикла состоит не в регуляции прохождения цикла как такового, а атом, чтобы обеспечить в конечном счете безошибочность распределения наследственного материала в процессе репродукции клеток. Поэтому целесообразно вначале рассмотреть общие принципы регулирования в живых системах. Вопрос этот имеет свою историю, которую важно знать хотя бы в общих чертах, поскольку современные представления о регуляции клеточного цикла (а, если говорить шире, то о регуляции размножения клеток в целом организме) возникли, естественно, не сами по себе, а как логическое развитие идей, высказанных выдающимися учеными задолго до нашего времени.

Причем некоторые из ранее введенных понятий так прочно вошли в научный лексикон, что ими и по сей день широко пользуются в естествознании. Все биологические образования характеризуются наличием более или менее сложной системы регуляторных механизмов, обеспечивающих возможность их приспособления к изменяющимся условиям.

В пределах живого организма можно выделить различные уровни регуляции, складывающиеся в определенный иерархический порядок регулирования. В упрощенном виде такую схему регулирования изобразил известный биолог Пауль Вейсс (рис. 21). Смысл ее заключается в том, что она отражает постоянное взаимодействие внутренних и внешних частей (компонентов) живой системы, представляющей собой единую сеть регуляции, охватывающую и молекулярный, и надклеточный уровни, а также окружающую организм среду. Проще говоря, на всех уровнях системы действует один и тот же принцип регуляции. Основным назначением совокупности регулирующих механизмов в живых объектах служит устранение или ограничение действия факторов (шумов), нарушающих постоянство внутренней среды объекта.

Характеристики

Список файлов книги