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

электронном микроскопе можно видеть, как несколько параллель­ ных нитей идут вдоль оси хромосомы и только две из них, отходя в стороны, образуют структуру петель. Уллерих (Ullerich, 1970) также обрабатывал хромосомы типа ламповых щеток различных амфибий трипсином и РНК-азой. По мнению этого автора, двунитчатость, наблюдаемая регулярно в некоторых сегментах хромосом­ ной оси, в петлях и в межхромомерных участках, наводит на мысль, что хроматиды, возможно, подразделяются на полухроматиды.

Как видно из приведенных выше примеров, данные о структуре хромосом типа ламповых щеток крайне противоречивы и явно не­ достаточны для того, чтобы сделать выбор между предлагаемыми вариантами строения хромосом.

В пользу однонитчатого строения хромосом говорят данные Тей­ лора (Taylor, 1963) о том, что репродукция хромосом происходит аналогично полуконсервативной репродукции двойной цепи моле­ кулы ДНК. Это должно свидетельствовать о том, что по длине хромосомы до ее удвоения располагается одна структурная едини­ ца или же несколько таких единиц, но сцепленных конец в конец. Дальнейшее развитие это представление получило при электронно­ микроскопическом изучении выделенных соматических хромо­ сом. В этих случаях, так же как для выделения нуклеогистонов, ис­ пользуется или набухание клеток в гипотонических средах, или же разрыв клеток на поверхности воды. В таких хромосомах видны исключительно нити толщиной по 200—250 А, но о том, как такие нити участвуют в образовании хромосомы, нет единых представ­

лений. Изучая выделенные хромосомы эмбриональных клеток пчел, Дю Про (Du Praw, 1965) пришел к выводу, что хромосома представляет собой одиночную, длинную, одетую белком молекулу ДНК, которая, образуя неправильные изгибы или выпячивания, складывается в компактное тело хромосомы. Согласно этим взгля­

дам, хромосома является единой структурой без подразделения на «субхроматиды»; в таких хромосомах нет признаков вторичной или

третичной спирализации ее элементов. Действительно, на таких препаратах хромосома имеет вид плотного тела, состоящего из пе­ репутанных без определенного порядка элементарных нитей. По нашему мнению, на таких препаратах нет возможности выяснить, из какого числа нитей состоит хромосома, тем более проследить путь и порядок укладки одной нити, если бы она была основой хро­ мосомы. В последующих работах Дю Про (Du Praw, 1966, 1968) изучал выделенные хромосомы человека и был вынужден заменить свою начальную простую схему более сложными вариантами в свя­ зи с тем, что в районах первичной перетяжки хромосом выявляется не одна, а несколько параллельно идущих элементарных нитей. Дю Про находит выход из этого положения, считая, что одна единствен­ ная нить ДНП, кроме коротких поперечных изгибов и местных

конденсаций, может иметь в теле хромосомы и продольные изгибы, т. е. одна нить ДНП может в теломерном районе изогнуться и про­ стираться до противоположной теломеры, затем снова изогнуться и т. д. Таким образом создается продольная ложная многонитчатость. На наш взгляд, эти представления ни в коей мере не помо­ гают решению вопроса, а только больше его запутывают.

Несмотря на такие трудности в четкой и однозначной интер­ претации картин, полученных в электронном микроскопе при изу­ чении выделенных хромосом, появляются отдельные работы, под­

тверждающие однонитчатую модель хромосомы.

Так, Комингс и Окада (Comings, Okada, 1969) при изучении таких препаратов хромосом наблюдали, что хромосомы состоят из петлистых или сетеподобно расположенных хромосомных фибрилл

(200—250 А), число которых на поперечных срезах выделенных хромосом может достигать 23—47 на хромосому. И все же авторы делают вывод, что структура хромосом представлена единствен­ ной фибриллой ДНП и что такая модель хорошо согласуется с генетическими данными.

Если в представлениях Дю Про нет места субхроматидам (по­ лу- и четвертьхроматидам) и спирализации элементов (кроме ло­ кальных мест конденсации в хромомерах и четвертичной «релик­ товой» спирали крупных хромосом в телофазе), то существуют и компромиссные представления об организации хромосом. Так, на­ пример, Коул (Cole, Langley, 1966) в изолированных хромосомах культуры клеток китайского хомячка описывает иерархию пере­ витых парных фибрилл. По представлениям этого автора (Cole, 1967), сложная структура митотической хромосомы образована одной (возможно, циркулярной) нитью, которая, закручиваясь са­ ма на себя, удваивается, затем снова закручивается и снова удваи­ вается и т. д. (трехпорядковая коспирализация). В результате в поперечном сечении такой структуры можно обнаружить не толь­ ко 8 образующих ее элементарных единиц, но и субпорядки, такие, как полу- и четвертьхроматиды.

Целый ряд других авторов, использовавших этот же прием изучения выделенных хромосом, осторожнее объясняют свои наблюдения. Так, в серии работ Вольфи (Wolfe, 1965) показыва­ ет, что хромосомы из клеток культуры почек телят состоят из множества спутанных нитей размером около 250 А. В мейотических хромосомах из семенников клопа Oncopeltus fusciatus Воль­ фи и Джон (Wolfe, John, 1965) нашли, что сильно конденсирован­ ные хромосомы состоят из большого числа параллельных нитей толщиной по 250 А, что, по их мнению, не согласуется с любой моделью хромосомной конденсации, которая происходила бы за счет свертывания единственной длинной хромосомной нити. Примерно те же данные приводятся в другой работе (Wolfe, Newitt, 1966), где авторы могли подсчитать число нитей, которое в зави­

104 Судьба компонентов ядра в митозе

симости от фазы мейоза колебалось от 12 до 50. По представлени­ ям авторов, эти наблюдения могут отражать действительную многонитчатость хромосом, состоящих из идентичных молекул ДНК, с другой же стороны, эти картины могут говорить о скру­ чивании единственной нити «вперед-назад» на расстоянии в не­ сколько микрон. Многонитчатость в центромерных районах на­ блюдалась Вольфи и Мартином (Wolfe, Martin, 1968) на хромосо­ мах бобовых растений Vicia faba u V. sativa. У У. faba, как у пред­ ставителя с крупными хромосами, число нитей было больше, кроме того, в теле хромосомы V. faba отчетливо различались полухроматиды. Барникот (Barnicot, 1967) в хромосомах тритона также наблюдал множество параллельных фибрилл, число которых достигает 30—50.

В работе Абуэло и Мур (Abuelo, Moore, 1969) описывается структура хромосом человека, также выделенных в гипотониче­ ских условиях. Авторы отмечают, что хромосомы состоят из фиб­ рилл, толщиной 250 А, которые могут располагаться параллельно одна другой без дополнительной правильной организации. Число таких фибрилл может быть от 8 до 16, иногда они испытывают некоторую спирализацию по длине хромосом в зонах небольших хромомеров. Интересно, что в центромерных областях авторы на­ блюдали переход фибрилл из одной хроматиды в другую. Обсуж­ дая возможность параллельного складывания фибрилл по длине хромосомы по Дю Про (Du Praw, 1966), авторы считают, что трудно себе представить, каким образом одиночная фибрилла мо­ жет сгибаться так, чтобы можно было объяснить множественную продольную организацию в хромосоме.

К представлениям о полинемности хромосомы приходят также Стэблфилд и Рей, изучавшие изолированные хромосомы китай­ ского хомячка (Stabblefield, Wray, 1971). По мнению этих авто­ ров, в составе метафазных хромосом содержатся две осевые структуры, или ленты, вокруг которых складчато укладываются фибриллы ДНП, образуя по длине осевых структур многочислен­ ные петли. В составе хроматиды это сложные лентовидные струк­ туры, соответствующие полухроматидам, упаковываются в виде двойной спирали. В этой в целом интересной работе есть сущест­ венный недостаток методического характера — по описаниям ав­ торов, процесс выделения митотических хромосом производился ими в гипотонических условиях.

В связи с тем что аналогичные методические погрешности встречаются во многих работах, где объектом исследования слу­ жат изолированные хромосомы, необходимо подробнее остано­ виться па методе исследования целых хромосом, обладающем многими недостатками.

Сам процесс приготовления препарата хромосом, когда они подвергаются воздействию гипотонических растворов, может зна­

чительно изменить их структуру. В этом отношении интересно сравнить молекулярный вес ДНК в выделенных хромосомах с молекулярным весом ДНК в ядрах (Wray et al., 1972). Оказалось, что в большинстве случаев, когда выделенные в гипотонических условиях хромосомы кажутся нормальными по своей общей мор­ фологии и содержат фибриллы большой длины, ДНК этих хромо­ сом деградирована, ее молекулярный вес в десятки раз меньше, чем в исходных интерфазных ядрах.

Возможно, в этих условиях из-за частичной экстракции неги­ стоновых белков нарушается естественное подразделение хромо­ сом на продольные субструктуры (хромонемы, полухроматиды и т. д.). Фиксация в спиртах, обезвоживание и высушивание — все это наверняка накладывает дополнительный отпечаток на уже измененную структуру хромосом. Поэтому к данным о структуре хромосом, полученным путем изучения тотальных препаратов в электронном микроскопе, нужно относиться с большим внимани­ ем и одновременно с осторожностью, имея в виду опасность появ­ ления артефактов.

Меньшую информацию о структуре выделенных хромосом дал метод растровой электронной микроскопии, широкое внедре­ ние которого произошло за последние годы. Так, Христенхусс и др. (Christenhuss et al., 1967) отмечают, что некоторые хромосо­ мы человека после гипотонического шока и фиксации уксусной кислотой со спиртом обнаруживают тонкую щель, отделяющую полухроматиды. В другой работе (Pawlowitzki et al., 1968) на по­ верхности метафазных хроматид видна пологая спираль, что сви­ детельствует о том, что хроматиды состоят по крайней мере из двух субъединиц, спирализованных под углом около 45°. Сходные данные получили Кларке и др. (Clarke et al., 1970), наблюдавшие заметные перетяжки с периодической повторностью на теле хро­ мосом и иногда продольные бороздки, что, возможно, отражает спиральный тип укладки элементов хромосомы.

Как уже говорилось выше, исследование митотических хро­ мосом в электронном микроскопе с помощью ультратонких сре­ зов наименее продуктивно для расшифровки общей организации этих органелл клетки. Неудачи могут объясняться не только несо­ измеримостью объемов сечений хромосом на ультратонких срезах с общим объемом митотических хромосом, но и тем, что эти структу­ ры редко исследовали в динамике, в процессе их становления и изменения во время митоза. В литературе существует единствен­ ное подробное исследование такого типа, вышедшее из лаборато­ рии одного из пионеров изучения структуры хромосом Б. Кауфма­ на. Так, Спарволи, Гай и Кауфман (Sparvoli et al., 1965) изучали Делящиеся клетки в тычиночных волосках традесканции. На уль­ тратонких срезах, начиная с ранней профазы, авторы наблюдали появление в ядрах нитчатых образований толщиной 0,2 — 0.3 мк,

106 Судьба компонентов ядра в митозе

которые они отождествляют с хромонемами. Изучая серийные срезы профазных ядер, авторы пришли к выводу, что хромонемные нити не анастомозируют друг с другом, хотя могут лежать очень тесно, образуя собственно хромосому. На продольных сре­ зах хромосом видно, что они состоят из ряда связанных колец, или петель, что отражает, по мнению авторов, спиральный спо­ соб закручивания хромонем. По представлению авторов, объеди­ нение хромонем в хромосому имеет следующий порядок. Две хромонемы закручиваются одна относительно другой в виде плос­ ких или лентовидных «диплоспирем», при этом хромонемы тесно соприкасаются в точках перехлеста и наиболее отдалены одна от другой в местах изгиба спирали. Две «диплоспиремы» ассоцииру­ ют для образования более высокой единицы — «тетраспиремы», или собственно хроматиды. Две «тетраспиремы» образуют «октоспирему», или профазную хромосому. Таким образом, дочерняя (анафазная) хромосома-хроматида состоит из четырех хромонемных нитей, что согласуется со старыми цитологическими наблю­ дениями (Nebel, 1932). Отчетливее всего хромонемное строение

хромосом видно в профазе и телофазе, когда хромосомы находятся в рыхлом состоянии. В метафазе и анафазе хромонемы, по мне­ нию Спарволи и др. (Sparvoli et al., 1965), не выявляются из-за того, что они могут быть покрыты экстрахромосомным материа­ лом. Легко заметить, что данное исследование вновь возвращает нас к многонитчатой структуре хромосомы. Эти представления

постоянно подкрепляются данными световой микроскопии, ауто­ радиографии и данными по хромосомным аберрациям.

Большое впечатление оставили работы польского цитолога Байера (Bajer, 1965), изучавшего прижизненно деление клеток эндосперма Haemanthus katharinae с помощью цейтраферной ки­ носъемки. Он убедительно и четко показал, что крупные хромосо­ мы Н. katharinae состоят из двух полухроматид, испытывающих взаимное закручивание или иногда располагающихся параллельно на значительном протяжении. Такая двойственность хромосом бы­ ла отчетливо видна как при демонстрации кинофильмов Байера, так и на фотографиях, приведенных в работе (Bajer, 1965). Байер предполагает, что в телофазе, возможно, выявляются четыре субъ­ единицы. Эти витальные наблюдения субхроматидной организации соматических хромосом отвергают возражение некоторых авторов, считающих, что субхроматидная организация хромосом, выявляе­ мая на цитологических препаратах, обработанных тем или иным способом, представляет собой артефакт.

Продолжают появляться данные о субхроматидной организации хромосом на фиксированном материале (Boss, 1959; Peacock, 1965; Stockert, 1968; Vosa, 1968; Wolff, 1968).

Особый интерес представляют данные Троско и Вольффа (Trosсо, Wolff, 1965), которые выделяли хромосомы из фиксированных