ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 14.10.2024
Просмотров: 60
Скачиваний: 0
64 Интерфазное ядро
клеток ДНК-азой эти зоны исчезают (Swift, 1962; Chouinard, 1970). Такое же исчезновение этих внутриядрышковых зон наблю дается при обработке ДНК-азой ультратонких срезов тканей, за ключенных в водорастворимые пластмассы (Bernhard, Granboulan, 1968). Гранбулэн и Гранбулэн (Granboulan, Granboulan, 1964) на основании изучения серийных срезов показали, что околоядрышковый хроматин и внутриядрышковая сеть ДНК являются единой системой и представляют собой интегральный компонент ядрышка. Этот компонент, видимо, и есть та ДНК, на которой синтезируется рРНК в ядрышках.
В ряде случаев, например в меристематических клетках Alli um сера, ДНК выявляется в лакунарных структурах фибрилляр ных зон ядрышка (Chouinard, 1970). В микроспорах того же объекта видна тесная ассоциация фибриллярных зон ядрышка с хроматином ядрышкового организатора (Esponda, Gimenez-Martin, 1972).
Использование ферментативной обработки фиксированных альдегидами клеток и специальные методы окраски срезов дали возможность определить химическую природу и других участков ядрышка (Monneron, Bernhard, 1969). Так была доказана рибонуклеопротеидная природа гранул ядрышка, которые исчезают при обработке РНК-азой срезов тканей, заключенных в водораствори мые пластмассы (Bernhard, Granboulan, 1968). С помощью разра-
Ьотанного Бернхардом довольно специфического метода окраски (Monneron, Bernhard, 1969) было показано, что гранулы и фибрил лы ядрышка окрашиваются так же, как рибосомы цитоплазмы, тогда как основной и околоядрышковый хроматин остается неок рашенным. Отсюда был сделан вывод о том, что и гранулы, и фибрил лярная часть ядрышка состоят из рибонуклеопротеидов. Аутора диографически с помощью электронного микроскопа было показа но на клетках культуры ткани, что при 5-минутном включении
Ч*
II. Структура и химия ядрышка |
65 |
Н3-уридина метка обнаруживается в фибриллярной зоне ядрышек; в гранулярной зоне метка начинает появляться через 10 мин., а
через 30 мин. после начала опыта распространяется по всему яд рышку (Granboulan, Granboulan, 1964). Ту же картину последо вательности включения метки в РНК можно видеть в ядрышках и других объектов (Karasaki, 1965, 1968; Macgreger, 1967; Unuma et al„ 1968).
О. Миллер, исследуя диссоциированные ядрышковые компо ненты из ооцитов амфибий, приходит к заключению (Miller, Beat ty, 1969), что основной частью центральной фибриллярной зоны таких ядрышек должны быть ядрышковая ДНК и масса синте зирующейся на ней рРНК в виде фибриллярных рибонуклеотидов, в то время как гранулярная периферия таких ядрышек должна быть представлена более зрелыми формами, например, гранулами, содержащими 32S рРНК.
Не следует, однако, забывать, что 80—90% сухого веса ядрыш ка составляют белки. И весьма вероятно, что, кроме пула рибосомных белков, в состав ядрышка входят фибриллярные структур ные белки с еще неясной функцией. Особенно наглядно белковый компонент ядрышка выявляется при так называемой сегрегации его после различных нарушений метаболизма клетки (см. ниже).
Ультраструктура ядрышка при различной функциональной нагрузке
Обрисованная выше довольно однообразная структурная и хими ческая композиция ядрышка характерна для клеток с высоким уровнем синтеза белков, следовательно, с высоким уровнем обра зования аппаратов белкового синтеза — рибосом. Если же обра титься к клеткам с подавленным синтезом рРНК, то встретимся совсем с иной организацией ядрышек. Хорошей моделью для изу-
<Р
Р и с . 5. Т и п ы стр о ен и я я д р ы ш ек ф — ф и б р и л л я р н а я ч а с т ь ;
г — гр а н у л я р н а я ч а с т ь ; н и — н у к л ео л о н ем а
3 Ю. С. Ч ен ц о в , В. Ю . П о л я к о в
66 Интерфазное ядро
чения естественной ингибиции синтеза рРНК в клетках является кишечный эпителий мыши.
Как известно, в эпителии тонкой кишки мыши различаются две зоны: зона крипт, где происходит интенсивное размножение камбиальных клеток, и зона ворсинок, где клетки эпителия функ ционируют, не делятся, не синтезируют ДНК. Обновление всего эпителия тонкой кишки происходит за счет размножения клеток крипт, которые перемещаются к вершине ворсинок (Quastler, Hampton, 1962). К. Г. Газарян и А. С. Кульминская (1966) пока зали с помощью ауторадиографии, что в клетках кишечного эпите лия мыши синтез РНК происходит только в области крипт, тогда как клетки ворсинок практически не включают предшественники РНК (Н3-уридин). Синтез белка в этих двух отделах эпителия происходит, но уровень включения Н3-лизина в клетках ворсинок в два раза ниже, чем в клетках крипт. При электронномикроско пическом исследовании (Газарян и др., 1967) обнаружена пора зительная корреляция между структурой ядрышек и синтетической активностью этих клеток. Ядрышки в клетках крипт, где идет ин тенсивный синтез РНК, имеют типичное строение: их нуклеолонемная часть выражена хорошо, они богаты гранулами, фибрил лярные зоны невелики и не выделены в обособленные участки (табл. 14). Ядра в таких клетках гомогенны. Совершенно другую структуру имеют ядра клеток в ворсинке. Хроматин в них в виде глыбок располагается по периферии; часто сгущения хроматина лежат рядом с ядрышком, но резко отличаются от него структу рой и плотностью. Структура ядрышек в данном случае совершен но иная, чем в клетках крипт. Сильно осмиофильные ядрышки здесь не обладают нуклеонемной структурой. Они представляют собой плотные образования, состоящие сплошь из тесно располо женных тонких (40—80 А) фибрилл. Гранул в них нет совсем или же одиночные гранулы встречаются иногда по периферии.
Перечисленные выше типы ядер очень характерны для двух основных типов клеток кишечного эпителия: клеток ворсинок и клеток крипт. Между этими отделами существует небольшая пере ходная зона, занимающая всего около одного десятка клеток, ядра и ядрышки которой также имеют переходное строение. В этих клетках происходит постепенная утрата нуклеолонемного строения ядрышек, потеря или сильное уменьшение гранулярного компо нента, структуризация хроматина. Особенно сильно структуриро ван хроматин в клетках верхушки ворсинок. Ядрышки в этих клетках часто отсутствуют.
При окраске срезов метилгрюн-пиронином ядрышки всех зон эпителия кишечника приобретают отчетливый красный цвет. Эта окраска не снималась предварительной обработкой срезов теплой водой и полностью снималась, так же как и окраска цитоплазмы, после обработки срезов рибонуклеазой. Следовательно, можно
II. Структура и химия ядрышка |
67 |
сделать вывод о том, что два резко различных типа ядрышек в ки шечном эпителии содержат РНК.
Те же самые отношения обнаруживаются в покровном эпите лии. В покровном эпителии языка мышей также можно различить две зоны: камбиальную или базальную, где размножаются клет ки, и зону ороговения клеток, где клетки в митоз не входят, по степенно накапливают кератин и, наконец, отмирают. В языке мыши этот переходный слой имеет небольшую толщину, так что на одном ультратонком срезе можно наблюдать все слои ороговевающего эпителия. Ядрышки в базальных клетках достигают круп ных размеров (до 3 мк). Их внутренняя организация типична для активных ядрышек; они имеют нуклеолонемную гранулярную часть и участки фибриллярного компонента, также оформленные в виде нитей или тяжей. В зоне ороговения в клетках, заполненных микрофибриллами, располагаются вытянутые ядра с извилисты ми контурами и пристеночным хроматином. Ядрышки их (1—2) мелкие (около 1 мк), плотные и состоят только из фибрилл. Мети ловый зеленый с пиронином окрашивает в красный цвет ядрышки клеток обоих типов. Только фибриллярную структуру имеют яд рышки в клетках чехлика корешков Vicia faba (см. табл. 14).
Такая же направленность в изменении структуры ядрышек (уплотнение, потеря гранулярности, переход в исключительно фибриллярную форму) наблюдается при созревании ооцитов. Так, Шуинар (Chouinard, 1971) обнаружил, что при созревании ооци тов у мыши происходит потеря гранулярного компонента у ядры шек, они становятся плотными и состоят исключительно из фиб рилл. У шпорцевой лягушки в конце оогенеза полностью прекра щается синтез РНК, и к этому же времени ядрышки теряют гра нулы и становятся исключительно фибриллярными (Van Gansen, Schram, 1972). Сходный процесс происходит при оогенезе у Nereis (Dhainaut, 1972).,
Противоположную картину можно наблюдать при становлении функции ядрышка. По данным Брауна (Brown, 1964; Brown, Gurdon, 1964), синтез pPHK у эмбрионов Xenopus laevis начинается с появлением истинных ядрышек в начале гаструляции. До этого времени в ядрах видны лишь мелкие РНК-содержащие «прояд рышки», состоящие исключительно из тонких фибрилл (Karasaki, 1968; Нау, 1968; Jacob, 1969). В клетках гомозиготных мутантов X. laevis, у которых отсутствует синтез рРНК и нет настоящих ядрышек, в ядрах видны мелкие (0,5 мк) РНК-содержащие тель ца, которые можно считать предъядрышками. Структурно эти эле менты также состоят только из фибрилл (Jones, 1965). Такую же фибриллярную структуру имеют первичные ядрышки при разви тии эмбрионов тритонов (Karasaki, 1964), морского ежа (Millonig, 1966; Karasaki, 1968), циклопов (Беляева, 1965), ядрышки микро спор кукурузы (Swift, Stevens, 1966).
3*
68 |
Интерфазное ядро |
Р и о . 6. Функциональные изменения структуры ядрышек
2, 3 — и н в о л ю ц и я с т р у к т у р ы п р и н и зк о й ак ти в н о с т и ; з, 4, 1 — п ер ех о д к вы сокой а к ти в н о ст и
При дальнейшем развитии в гаструле в связи с началом синтеза рРНК у X. laevis в фибриллярных предъядрышках начинают появ ляться гранулы, и после этого в ядрах обнаруживаются ядрышки типичного строения (Нау, 1967, 1968; Jacob, 1969). У мутантных особей такого превращения фибриллярных предъядрышек в истин ные ядрышки не происходит.
Сходная картина изменения ядрышка наблюдается и на других объектах. Так, у морского ежа первичные ядрышки (проядрышки, предъядрышки) состоят только из фибрилл и не включают Н3-ури- дин; на ранней гаструле начинается включение метки, и к этому времени появляется гранулярный компонент (Karasaki, 1968). Скорее всего, такая динамика структурных изменений ядрышка при переходе в активное состояние присуща не только клеткам в онтогенезе. Так, в клетках эпителия радужины тритона, которые характеризуются низкой синтетической активностью, мелкие яд рышки представляют собой агрегаты тонкофибриллярных компо нентов с небольшим числом гранул. Когда же этот эпителий вовле кается в процессы регенерации, ядрышки постепенно приобретают гранулярное строение (Karasaki, 1964).
Суммируя эти наблюдения, мы видим, что ультраструктура яд рышек зависит от активности синтеза РНК: при высоком уровне
II. Структура в химия ядрышка |
69 |
синтеза рРНК в ядрышке выявляется большое число гранул, при прекращении синтеза количество гранул падает, ядрышки превра щаются в плотные фибриллярные тельца базофильной природы (рис. 6). Каково функциональное значение этих остаточных фиб риллярных рибонуклеопротеидов, пока совершенно не ясно.
Патологические изменения ядрышка
Вопрос о функциональных изменениях структуры ядрышка мо жет быть решен, если использовать различные факторы, подавля ющие его специфическую активность.
Резкие, но обратимые структурные изменения обнаружены в ядрышках клеток культуры ткани при кратковременном повыше нии температуры до 40° (Simard, Bernhard, 1967): в ядрышках ис чезали гранулы, ядрышки представляли собой плотные фибрил лярные образования. При этом не нарушалась молекулярная структура РНК ядрышек (45S и 28S ядрышковая РНК), но пол ностью подавлялось включение Н3-уридина (Simard et al., 1969). Авторы считают, что исчезновение гранулярных форм РНП при повышении температуры объясняется тем, что ядрышковые гра нулярные формы РНП испытывают конфигурационный переход в фибриллярные формы.
О влиянии разных химических веществ, в том числе ингибито ров, на структуру ядрышек существует обширная литература (см.
обзоры Bernhard, 1966; Svoboda, Higginson, 1968).
Оказывается, большой ряд химически различных веществ и физических факторов вызывает более или менее сходную монотон ную структурную перестройку ядрышка. Главной общей чертой реакции ядрышка на различные повреждения является так назы ваемая сегрегация его компонентов (см. табл. 13, 14). Это явление морфологически выражается в резком сжатии ядрышек и обособ лении фибриллярной и гранулярной зон и в последующей редук ции гранул РНП. Свобода и Хиггинсон (Svoboda, Higginson, 1968) различают макро- и микросегрегацию. Макросегрегация характе ризуется присутствием больших плотных компактных зон, состо ящих из фибрилл оксифильной белковой природы или гранул РНП. Фибриллярные оксифильные зоны в этих случаях обычно располагаются на периферии ядрышек, образуя участки, называе мые «шапочками» (caps, cappings —у английских авторов), напо минающие «ушки Микки-Мауса» (Kasten, 1966). Размер этих «шапочек» может быть так велик, что они хорошо видны в свето вом микроскопе.
При микросегрегации мелкие обособленные и сжатые фибрил лярные зоны разбросаны внутри гранулярной части ядрышка. Часто после этих видов сегрегации наступает распад ядрышка на фрагменты.
70 |
Интерфазное ядро |
Первые наблюдения за «шапочками» были проведены в связи с исследованиями действия канцерогенных веществ или антибиоти ков на клетки. Так, в серии работ Монтгомери (Montgomery, 1963; Paul et al., 1969) показано, что «шапочки» образуются после воз действия 4-нитрохинолин-]М-оксида. Вначале эти авторы считали такую реакцию ядрышек уникальной, связанной со специфичес ким подавлением этим канцерогеном активности дыхательной сис темы клетки с последующим падением синтеза белка и РНК.
Но оказалось, что подобные изменения ядрышек вызываются актиномицином Д, подавляющим синтез РНК (Schoefl, 1964). В первом подробном описании сегрегации ядрышек при действии актиномицина Шофль отмечала обособление трех зон: грануляр ной, фибриллярной и аморфной. Такого типа изменения возника ют как в культуре ткани, так и на целых животных (Stenram, Willen, 1966). Интересно, что подобную сегрегацию испытывают гигантские ядрышки слюнных желез двукрылых (Stevens, 1964).
Целый ряд канцерогенов (лазиокарпин, З-метил-4-диметилами- ноазобензол, диметилнитрозамин, танниновая кислота и др.) вы зывает у крыс сегрегацию ядрышек, что происходит одновремен но с подавлением включения Н 3-уридина в ядра и рРНК (Reddy,
Р и о . 7. |
П атологи чески е и зм ен ен и я |
структуры |
яд р ы ш к а |
|
|||
1 — н о р м а ; |
2 — п о т е р я |
н у кл ео л о н ем н о го стр о ен и я |
и |
с ж а т и е п р и |
у м ер ен н ы х в о зд ей |
||
с т в и я х |
и н ги б и рую щ и х |
ф акто р о в ; |
з — н еак ти в н о е |
я д р ы ш к о ; |
4— 5 — п ер ест р о й к а |
||
с т р у к т у р ы |
п р и р езк и х в о зд е й с тв и я х |
(сегрегац и я) |
|
|
|
||