Файл: Ченцов, Ю. С. Ультраструктура клеточного ядра.pdf

ll. Структура и химия ядрышка И

Svoboda, 1968). Сходные структурные изменения вызывает этионин (Miyai, Steiner, 1967). Кроме актиномицина, сегрегацию яд­ рышек вызывают другие антиметаболиты, такие как профлавин,

акридиноранж (Reynolds, Montgomery, 1968), хинакрин (Fedorko, Hersch, 1969), митомицин C (Lapis, Bernhard, 1965), антрами-

цин, циклогексимид (Harris et al., 1968), гидроксимочевина (Geuskens, 1968).

Простое перечисление этих агентов снимает вопрос о специфи­ чности реакции ядрышка. Однако все эти агенты вызывают паде­ ние синтеза РНК в виде первичной (для актиномицина) или вто­ ричной (у митомицина, циклогексимида и др.) реакции клетки. Большая часть исследователей приходит к выводу, что сегрегация ядрышек отражает подавление зависимого от ДНК синтеза РНК

(Bernhard, 1966).

Различные формы ядрышковой сегрегации встречаются при вирусных (Bernhard, 1966; Jacob, 1968) и иных инфекциях (Jezequel et al., 1967).

Облучение ядрышек ультрафиолетом также вызывает появле­ ние «шапочек» (Montgomery et al., 1966).

Все виды сегрегации сопровождаются сжатием ядрышек и уменьшением объема гранулярного компонента.

Таким образом, мы видим, что самые разнообразные воздейст­ вия могут вызывать сходные изменения в структуре ядрышек; иными словами, ядрышки на многие воздействия отвечают моно­ тонной реакцией, различающейся в ряде случаев лишь степенью проявления (рис. 7.). Это — сжатие ядрышка, обособление фиб­ риллярных и гранулярных зон, потеря гранулярного компонента, распад всей структуры. Эти изменения могут отражать степень повреждения ядрыш ковых структур, связанных, главным обра­ зом, с искусственным подавлением синтеза ядрышковой РНК.

Тот факт, что различные формы ядрышек дают однообразную картину сегрегации, может быть использован для идентификации истинно ядрышковых структур в ядре. Так, например, неактив­ ные фибриллярные микроядрышки в клетках ворсинки кишечни­ ка мышей при действии актиномицина проявляют типичную сег­ регацию (см. табл. 14).

III.ДРУГИЕ КОМПОНЕНТЫ ИНТЕРФАЗНОГО ЯДРА, СОДЕРЖАЩИЕ РНК

Кроме разных форм хроматина, в интерфазных ядрах выявляют­ ся структуры, содержащие РНК. Эти структуры должны представ­ лять собой продукты активности хромосом. Особенно четко это показано для ядрышек, которые являются морфологическим вы­ ражением активности специализированных локусов хромосом. За последнее время, особенно в связи с развитием цитохимиче­ ских методов электронной микроскопии, обнаружен довольно пе­ стрый спектр иных РНК-содержащих структур в интерфазных ядрах. Это различные фибриллярные и гранулярные структуры, которые локализуются главным образом в межхроматиновых зонах ядра, в зонах, которые по представлениям старых цитологов отно­ сятся к так называемому ядерному соку или кариоплазме.

Прогресс в изучении РНК-содержащих компонентов интерфаз­ ного ядра связан с многочисленными работами В. Бернхарда (1972) и его сотрудников. Применяя обработку тканей, заключен­ ных в водорастворимые заливочные среды, различными фермента­ ми или используя достаточно специфический метод окрашивания РНК-содержащих структур (уранилацетат — ЭДТА-цитрат свин­ ца) (Monneron, Bernhard, 1969), в этих работах удалось выявить целый ряд новых структур (рис. 8).

Так, по периферии участков конденсированного хроматина

втесном контакте с ним выявляется зона перихроматиновых фиб­ рилл. Эти фибриллы чувствительны к обработке РНК-азой, окра­ шиваются положительно уранилацетатом с применением ЭДТА; они имеют диаметр 30—50 А, часто образуют неправильную сеть. Оказалось, что этот компонент ядра особенно сильно изменяется при стимуляции синтеза РНК. Так, при возрастании синтеза РНК

вклетках печени крыс после голодания и последующего питания или после инъекции кортизона адреналэктомированным животным (Petrov, Bernhard, 1971) значительно увеличивались зоны этих

РНК-содержащих перихроматиновых фибрилл (рис. 9). Интересно, что с помощью ауторадиографии высокого разрешения было пока­ зано, что включение Н3-уридина происходит наиболее быстро имен­ но в периферические зоны хроматина, содержащие эти перихроматиновые фибриллы (Fakan, 1970). РНК в этих фибриллах может представлять собой новосинтезированную хромосомную или ДНК-

подобную РНК (Petrov, Bernhard, 1971).

Другой тип РНК-содержащих структур интерфазного ядра — перихроматиновые гранулы. Впервые этот тип гранул описал Свифт (Swift, 1962) в ядрах, обработанных ДНК-азой. Это гранулы диаметром около 450 А, окруженные светлым ореолом. Они встре­ чаются по периферии конденсированного хроматина, но не в диф­ фузном хроматине. По мнению Бернхарда (1972), между этими

Интерфазное ядро

74

гранулами и перихроматиновыми фибриллами существует струк­ турная связь. При больших увеличениях внутри гранул можно видеть тонкие извитые фибриллы диаметром 30—50 А. Число этих гранул не меняется значительно при физиологических нагрузках ядра (Petrov, Bernhard, 1971), хотя некоторые вещества (актиномицин, афлотоксин, ласиокарпин) значительно увеличивают их количество.

Эти гранулы четко выявляются при ЭДТА-методе, они не из­ меняются при обработке РНК-азой, но значительно теряют свою плотность после воздействия проназой и РНК-азой. Отсюда дела­ ется предположение, что эти гранулы представляют собой рибонуклеопротеиды, возможно, содержащие иРНК (Monneron, Bernhard, 1969). Основой для такого предположения послужило сход­ ство по размерам, тонкой фибриллярной структуре, по взаимодей­ ствию с ферментами этих перихроматиновых гранул интерфазного ядра с гранулами в кольцах Бальбианр гигантских хромосом

двукрылых. По представлениям некоторых авторов (Beermann,

ставления имеют значение только рабочих гипотез, так как еще не получены чистые фракции таких гранул, которые впервые опи­ сали Беерманн и Бар (Beermann, Bahr, 1954).

Но все же интересно, что гранулы типа перихроматиновых гра­ нул Бернхарда, или гранул Беерманна, имеют очень широкое рас­ пространение.

По данным Н. А. Перова, Ю. С. Ченцова (1971), основным компонентом так называемого матрикса ординарных и некоторых специализированных боковых петель мейотических хромосом зем­ новодных (хромосомы типа «ламповых щеток») являются эти гранулы размером 400—600 А (табл. 15). Для такого типа хромо­ сом показана способность включать меченые предшественники РНК именно в зоне боковых петель (Gall, Callan, 1962). Тем са­ мым гранулы боковых петель, аналогичные перихроматиновым гранулам интерфазных ядер, представляют собой продукты актив­ ности хроматиновых ДНК именно в этих локусах. Так как даже на одну хромосому типа «ламповых щеток» приходится огромное множество боковых петель, каждая из которых должна представ­ лять собой специфический участок генома, вызывает удивление факт схожести в организации продуктов активности этих различ­ ных генетических локусов.

Аналогичная картина наблюдается и у политенных хромосом, У которых, кроме гигантских пуффов (колец Бальбиани), суще­ ствует масса мелких пуффов, разбросанных по различным хромо­ сомам. По данным Эдстрёма и Беерманна (Edsrom, Beermann, 1962), в гигантских пуффах синтезируется РНК, отличающаяся по нуклеотидному составу от рибосомной РНК и представляющая собой, по мнению авторов, иРНК. Н3-Уридин интенсивно включа­ ется не только в гигантские, но и во все пуффы, вплоть до самых мелких (Pelling, 1964). Оказалось (Перов, Ченцов, 1971), что практически любые зоны пуффирования политенных хромосом Chironomus thummi thummi содержат один морфологический класс РНП-содержащих гранул, сходный с перихроматиновыми

гранулами интерфазных ядер (табл. 16). Возможно, что эти гра­ нулы могут представлять собой какой-то вид ядерных «информо-

сом» (Spirin, 1969) или «информоферов» (Georgiev, 1969), как предполагает Бернхард (1972). Можно представить, что часть быстро синтезированной РНК в виде перихроматиновых фибрилл после дополнительной связи с белком образует перихроматиновые гранулы, которые могут быть формой временной консервации специальных (возможно, информационных) РНК. Обнаружение таких гранул в соседстве с конденсированным, неактивным хрома­ тином, даже в соседстве с половой хромосомой (Коломиец и др.,

% Йнтерфазяое ядро

1972), может указывать на завершенность процессов синтеза РНК в этих районах (см. табл. 5).

Интерхроматиновые гранулы — другой тип РНК-содержащих структур (Monneron, Bernhard, 1969). Эти гранулы имеют размер 200—250 А и группируются всегда в форме скоплений между уча­ стками хроматина. Они неравномерны по величине и переплетены тонкими фибриллами, образующими фигуры в виде четок или сети. Они содержат РНК и белки, что доказывается их полным растворением при обработке протеазой и РНК-азой. Эти гранулы очень медленно и слабо включают предшественники РНК. Берн­ хард (Bernhard, 1972) полностью исключает возможность того, что они представляют собой «ядерные рибосомы», так как их тон­ кая структура резко отличается от таковой цитоплазматических рибосом. Они, по-видимому, представляют собой стабильные структуры, не мигрирующие в цитоплазму. Количество их по­ стоянно, но оно увеличивается в ядрах клеток, инфицированных некоторыми вирусами или обработанных различными антимета­ болитами. Биологическая роль этой группы гранул неясна.

Необходимо отметить, что примененная Бернхардом методика не выявила в нуклеоплазме полностью сформированных рибосом цитоплазматического типа.

В ядрах интерфазных клеток иногда встречаются и другие структуры, функциональное значение которых совершенно неясно

(Monneron, Bernhard, 1969; Bouteille, 1972). Таковы, например,

кольчатые тельца — агрегаты из закрученных прядей толщиной 400—600 А, также содержащие РНК. Кроме того, встречаются разного типа «ядерные» тельца, «палочки», обнаруживающиеся большей частью при патологических состояниях клеток и тканей.

IV. СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ ЯДЕРНОЙ ОБОЛОЧКИ

Структурная организация ядерной оболочки

Ядерная оболочка состоит из трех основных элементов — внешней ядерной мембраны, внутренней ядерной мембраны и ядерных пор

(Watson, 1955; Wischnitzer, 1960).

Мембраны ядерной оболочки в морфологическом отношении не отличаются от остальных мембран клетки; они имеют толщину около 70 А и состоят из двух осмиофильных слоев. Так как обо­ лочка ядра образована двумя мембранами, то между ними распо­ лагается пространство шириной 200—300 А (перинуклеарное пространство). В общем виде ядерная оболочка может быть пред­ ставлена как полый двухслойный мешок, отделяющий содержимое ядра от цитоплазмы. Из всех внутриклеточных мембранных компо­ нентов таким типом расположения мембран обладают только ядро и митохондрии. Однако ядерная оболочка имеет характерную осо­ бенность, отличающую ее от других мембранных структур клетки. Это наличие особых пор в оболочке ядра, которые образуются за счет многочисленных зон слияний двух ядерных мембран и пред­ ставляют собой как бы округлые перфорации всей ядерной обо­ лочки.

Как подчеркивают многие авторы, структура и химический состав основных компонентов оболочки ядра имеют свои индиви­ дуальные особенности. Поэтому целесообразно остановиться на ультраструктурной и химической характеристике каждого элемен­ та ядерной оболочки в отдельности.

Мембранные компоненты оболочки ядра

Внешняя мембрана ядерной оболочки, непосредственно контакти­ рующая с цитоплазмой клетки, имеет ряд структурных особенно­ стей, позволяющих отнести ее к собственно мембранной системе эндоплазматического ретикулума. Так, на внешней ядерной мем­ бране обычно располагается большое количество рибосом, как и на мембранах эргастоплазмы (Watson, 1955; Porter, 1961). Суще­

ствуют многочисленные наблюдения о непосредственном переходе внешней ядерной мембраны в систему каналов эргастоплазмы, что

особенно подчеркивает структурную идентичность этих мембран