Каппуччинелли - Подвижность живых клеток - 1982 (947289), страница 10
Текст из файла (страница 10)
С помощью упомянутых методов детально исследовали влияние различных ионов и ОТР. Эти данные представляют особый интерес в связи с тем, что такие вещества можно рассматривать как возможные регуляторы нолимеризации тубулина !и ч!чо. Высокие концентрации двухвалантных катионов угнетают самосборку микротрубочек. Особенно активным ингибитором является Са'+: в концентрациях выше 1,О мМ он угнетает полимеризацию на 50о!з. ОТР необходим для полимеризации в концентрациях, по крайней мере эквимолярных количеству димеров тубулина. Повидимому, ОТР гидролизуется при полимеризации тубу- лина: недавно была обнаружена ОТРазная активность растущих концов микротрубочек (34).
Однако ОТР можно заменить его негидролизуемыми аналогами (например, 5кгуанозинметилендифосфонатом), при этом полимеризация тубулина все равно стимулируется. Это позволяет предполагать, что роль ОТР заключается в том, чтобы поддерживать определенное конформационное состояние тубулина, благоприятное для его полимеризации, Расщепление концевой фосфатной связи ОТР, вероятно, сдвигает равновесие реакции в сторону образования микротрубочек (17), Однако СТР не используется при этом в качестве источника энергии, поскольку, как показывают эксперименты с негидролизуемыми аналогами ОТР, сборка микротрубочек не требует затраты энергии.
Приведенные выше данные получены на таких препаратах нейротубулина, которые содержали также сопутствующие белки (белки, связанные с микротрубочками). В экспериментах со специально очищенными препарата- 3. Системы подвижности эукариотическнх клеток ми, содержавшими только тубулиновые субъединицы (т. е. без БСМ), самосборка микротрубочек не наблюдалась, полимеризация такого тубулина происходила только в особых экспериментальных условиях (см. (64, 66)). На этом основании заключили, что белки, связанные с микротрубочками, выполняют также регуляторнуюфункцию в реакции полимеризацин тубулина, и было затрачено много усилий, чтобы выяснить эту функцию.
Прежде чем перейти к вопросу о регуляторной функции связанных с микротрубочками белков, мы рассмотрим вкратце сам процесс полимеризации. Модель самосборки микротрубочек основана на результатах Киршнера и его сотрудников (112), которым удалось проследить изменение тонкой структуры при формировании мнкротрубочек и применить количественный метод (рис. 3.7). Они обнаружили, что еще до начала полимеризации в препаратах тубулина наряду с растворимыми димерами присутствует небольшое количество колец и спиралей нз полимеризованного тубулина со средним коэффициентом седиментации 363. Показано, что эти кольца необходимы для последующей реакции полимеризации, так как если удалить их с помощью ультрацентрнфугнрования, дальнейшая полимеризация невозможна. Когда реакцию полимеризации запускают, добавляя к реакционной смеси ОТР и повышая температуру до требуемого уровня, в первые жд минуты происходит формирование спирально закрученных лент.
Далее днмеры тубулина продолжают прикрепляться к этим лентам до тех пор, пока не образуются тринадцать протофибрилл. Когда эта стадия достигнута, ленты сворачиваются в цилиндры — отрезки будущих микротрубочек (112). Далее микротрубочки удлиняются благодаря тому, что димеры прикрепляются к торцам этих отрезков (рис. 3.8). Учитывая, как протекает процесс сборки, можно лучше представить себе влияние различных белков, связанных с микротрубочками, на их формирование. Относительно тау-белка показано, что он прежде всего участвует в образовании исходного 363-тубулина (кольца и спирали), без которого невозможна самосборка микротрубочек, но, похоже, играет роль и в наращивании отрезков микротрубочек.
Высокомолекулярные белки (БСМ-1 и БСМ-2) оказы- 3. Системы подвижности эукариотических клеток Рис. 3.7. Схематическое изображение стадий сборки микротрубочек гн чцго: а — кольца и спирали из тубулина, одновременно присутствуют свободные димеры; б — формирование ленточных сгруктур; в — свертывание листовых структур — начало образования микро- трубочек; г — готовая микротрубочка (112). 60 К 50 о ,50 Я 20 Ц !О 0 2 Л 5 В 10 !2 !4 Ы уВ 20 Времи, мни Рис. З.В. Доля белка, присутствующего в виде колец (Е3) лент (Л) и микротрубочек (О) на разных стадиях полимернзации [112].
3. Системы подвижности вуиариотичесних клеток 3. Системы подвижности вукариотичесних клеток 39 вают сходное действие; известно, что они увеличивают не только начальную скорость самосборки, но и общее число готовых микротрубочек, т. е. ускоряют наращивание отрезков. Есть даже данные о том, что ускорение роста отрезков — основной вид регуляторной активности высокомолекулярных белков [141). Возможно, что другая их функция заключается в формировании связующих мостиков между микротрубочками и другими элементами каркаса клетки, например микрофиламентами и промежуточными филамеитами.
Многообещающий подход к проблеме самосборки микротрубочек и ее регуляции заключается в изучении действия на системы 1п уйго некоторых внутриклеточных структур — так называемых центров организации микротрубочек, которые способствуют сборке микротрубочек в клетке. Этот вопрос еще недостаточно исследован, однако похоже на то, что эти структуры, будучи выделены из клетки, сохраняют способность функционировать сходным образом и в системах сн у11го.
Это показано для суспензнй базальных тел жгутиков и кинетохор, полученных из метафазных хромосом. 2.3.2. Самосборка мнкротрубочек (п у)уо Плодотворный метод изучения сборки микротрубочек (в частности, исследование влияния условий внешней среды, таких, как температура или давление, а также фаз жизненного цикла клетки н связанных с ними событий) — прямое наблюдение в микроскоп формирования митотического веретена в процессе клеточного деления. С помощью высокочувствительной поляризацнонной оптики некоторые исследователи смогли непосредственно наблюдать микротубулярные структуры, которым свойственно двойное лучепреломленне (поляризованные лучи на микротрубочках раздваиваются).
Важные результаты получили Инуи и сотр. [73) на яйцеклетках морских иглокожих, а также другие исследователи, изучавшие другие объекты. Было показано, что некоторые химические вещества (Р,О, а также некоторые гликоли), равно как н повышение температуры, усиливают двойное лучепреломле- ние митотического веретена, т, е. способствуют полимеризации. С другой стороны, низкая температура, повышенное давление и ингибиторы микротрубочек (колхицин, вннбластин) уменьшают двойное лучепреломление.
Такие наблюдения позволили даже измерить скорость самосборки микротрубочек (обычно 1,5 мкм/мин). Нецелесообразно обсуждать здесь все экспериментальные данные, поэтому мы перейдем к тем важным заключениям, которые были сделаны на основании приведенных выше результатов и других исследований 1п у(уо. В клетке есть два типа регуляции самосборки микротрубочек.
Один нз них — временнбй контроль: полимеризация илн деполимеризация тубулина приурочена к определенным моментам жизненного цикла клетки. Другой тип — пространственный контроль, который необходим для того, чтобы содержащие микротрубочки структуры формировались правильно. Некоторые данные указывают на то, что для временнбго контроля количество тубулина, находящегося в клетке, не имеет значения; иначе говоря, клетка ценачинает продуцировать мнкротрубочки просто потому, что в ней накопилось много тубулина. Содержание тубулина довольно постоянно иа протяжении всего жизненного цикла клетки[124], и, когда нужно производить много микротрубочек (например, при росте нейронов в нейробластоме), необходимость в дополнительном синтезе тубулина, по-видимому, невозникает [97).
Следовательно, полимеризацией тубулина или разрушением микротрубочек в соответствии с потребностями клетки управляют другие факторы. Были попытки идентифицировать эти факторы с определенными белками, например с высокомолекулярными белками, связанными с микротрубочкамн; регулирующая роль также приписывалась изменению обменного фонда ионов кальция; предполагался еще более сложный контрольный механизм с участием сАМР. Однако до сих пор никаких четких данных о механизме регуляции сборки микротрубочек получить не удалось. В отличие от животных клеток у некоторых низших эукариот сборка микротрубочек, похоже,, связана с синтезом тубулина бе почо.
Это, по-видимому, имеет место при регенерации жгутиков у С(т(атут)отоааз и ресничек у Те1га(ту- Е! 60 3. Системы подвяжяоетя эуязряотячеедях клеток 3. Системы подвижности эукзряотячеехях клеток пхеаа и наверняка происходит при росте жгутика у Иаей1епа. Механизм пространственного контроля сборки микро- трубочек предполагает, что внутри клетки есть некие центры, способные организовать полимеризацию тубулина в нужном месте, а также система, контролирующая наращивание микротрубочек, их ориентацию и связь с другими структурами клетки. Иначе говоря, эти две системы должны предопределять все детали конструкции строящейся микротрубочки, а также се местоположение и ориентацию в клетке. «Ядра конденсации микротрубочек», более известные под названием «центры организации микротрубочек» (97], широко распространены во всех клетках. Морфологически они детально описаны, однако об их составе, к сожалению, известно очень немногое,.
Митотические центры (полюса митотического веретена), кинетохоры хромосом и вообще все те структуры, из которых исходят пучки микротрубочек, следует рассматривать как центры организации.микротрубочек. Наряду с регуляцией процесса полимернзации тубу- лина при сборке микротрубочек должен быть механизм, задающий тип укладки микротрубочек в соответствии с архитектурой той или иной структуры — аксонемы, аксостиля, митотнческого веретена и т. п..Были предложены две гипотезы, объясняющие многообразие возникающих структур (!56) (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
