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

V. Структура митотических хромосом и з

хромосомы на ультратонких срезах образуют структуры такого же порядка, как в интерфазных ядрах,— из тесно располагающихся нитчатых элементов толщиной 0,2—0,3 мк. Тем самым в теле профазных хромосом определяется подразделение их на структуры промежуточного характера, на субхроматиды, имеющие нитчатую организацию. Для обозначения таких нитчатых хроматпновых структур, имеющих размер значительно больший, чем фибрилла ДНП, и значительно меньший, чем поперечник хромосомы, мы ис­ пользуем дермин старых авторов — хромонема.

По мере продвижения профазы отдельные отрезки хромонем располагаются все теснее, в результате чего резче проступают кон­ туры хромосом. В поздней профазе расположение хромонем стано­

Размер и плотность отдельных хромонем в процессе прохожде­ ния профазы несколько меняются. Повышается электронно-оптиче­ ская плотность этих нитчатых образований, повышается степень их окрашивания, уменьшаются их поперечные размеры. Так,

у Crepis capillaris их диаметр уменьшается с 0,35 до 0,2—0,15 мк.

Усмотреть порядок в расположении этих нитчатых структур на ультратонких срезах довольно трудно. Часто сечения отдельных хромонем имеют вид незамкнутых колец или петель, близко распо­ ложенных одна к другой, что может указывать на сворачивание их или спирализацию (см. табл. 22, 23).

Не менее четко хромонемные элементы выявляются в составе профазных хромосом животных (табл. 24). Так же как в хромосо­ мах растений, характерное петлеобразное расположение хромонем указывает на их возможную спиральную укладку в теле профазной хромосомы.

Таким образом, изучение профазных хромосом как животных, так и растительных объектов показывает, что процесс конденсации хромосом происходит не за счет постепенного уплотнения отдель­ ных элементарных хромосомных фибрилл ДНП, а включает в себя промежуточный этап — образование нитчатых хромопемных струк­ тур, являющихся единицей последующей хромосомной структури­ зации.

В связи с этими наблюдениями чрезвычайно важным представ­ ляется изучение тонкой организации хромонемных элементов. Наиболее подходящим объектом для этой цели служат интерфаз­ ные ядра высших растений, в которых хромонемные структуры выражены особенно отчетливо (см. табл 10, 12, 21). Однако попыт­ ки разобраться в том, каков характер упаковки фибрилл ДНП в со­ ставе хромонемы, наталкиваются на методические трудности. Мето­

дика ультратонких срезов дает мало полезной информации о струк­ туре хромонемы, так как по отдельным произвольным сечениям не­ возможно судить об общей организации этой структуры. Если же прибегнуть к известным методам выделения хроматина, то возни­ кает серьезная опасность артефактных изменений, которые могут привести к слипанию отдельных хромонем или к их разрывам. Час­ тично выход из положения дает метод, позволяющий исследовать хромонемные элементы как бы на «тотальных» препаратах, без предварительного разрушения ядер (Ченцов и др., 1973). Суть ме­ тода состоит в следующем: ядра, выделенные из зоны меристемы корешков Allium сера в растворе Хенкса фиксировали глютатовым алвдегидом и затем заключали в водорастворимую среду, представляющую собой смесь поливинилпирролидона с сахарозой. Через некоторое время заливочная среда вместе с ядрами загусте­ вала, после чего производили резку блока па толстые (1—5 мк) срезы. Полученные срезы, помещенные на поверхность капли воды, теряют заливочную среду за счет ее растворения в воде, в резуль­ тате чего на поверхности водного мениска располагаются фрагмен­ ты ядер, которые можно перенести на сетку с пленкой-подложкой для электронномикроскопического изучения.

На табл. 6, 10, 12 представлены микрофотографии ультратон­ ких срезов ядер различных растений. Из-за того что толщина ультратонкого среза меньше, чем диаметр хромонемы, разобрать­ ся в организации хромонемных элементов на таких препаратах не представляется возможным. На табл. 25 помещена микрофотогра­ фия толстых срезов ядер меристемных клеток А. сера, получен­ ных с помощью описанного выше метода заливки в водораствори­ мую среду. Этот способ обработки ядер полностью сохраняет об­ щую композицию внутри ядра. При больших увеличениях удается подробнее разобраться в принципе организации хромонемных структур. Как видно, хромонема представляет собой плотный тяж, составленный из отдельных фибрилл ДНП. Взаимное расположе­ ние этих фибрилл лишено какой-бы то ни было упорядоченности, из чего можно заключить, что в составе хромонемы отсутствуют элементы спиральной организации. По длине структура хромонема выглядит неоднородной — зоны плотного расположения фибрилл ДНП сменяются участками их более рыхлой упаковки (см. табл. 25). В этих разрыхленных зонах хромонем видно, как на большом протяжении отдельные фибриллы ДНП располагаются параллельно длинной оси хромонемы. Именно наблюдение за такими участками приводит к мысли о том, что хромонема состоит из многих продоль­ но уложенных молекул ДНП. Обрабатывая ядра перед их фикса­ цией растворами с различной ионной силой — как низкой (0,07 М NaCl), так и высокой (0,35 М NaCl),— удается слегка разрыхлить хромонемные элементы. В этих случаях еще наглядней выступает продольное расположение многочисленных фибрилл ДНП в составе

этой структуры. Таким образом, можно прийти к выводу, что хро­ монема представляет собой пучок плотно уложенных фибрилл ДНП. Отсутствие элементов спиральной организации позволяет го­ ворить о том, что общий спиральный принцип организации хро­ мосомы неприменим к хромонемпым элементам интерфазных ядер. По-видимому, на этом уровне мы имеем дело с более упрощенной формой организации хроматина, заключающейся в продольном расположении многих молекул нуклеогистона.

Хромосомы растений на стадии метафазы имеют вид плотных тел, лишенных субструктуризации. Контур их резко выражен, име­ ет неровный характер. Иногда на поверхности хромосом видны не­ большие выросты, что создает впечатление спиральности всей ее структуры (см. табл. 26). Тело хромосом в метафазе состоит из множества плотно упакованных фибрилл толщиной около 200 А, проследить за порядком их упаковки на ультратонких срезах не­ возможно. Никаких признаков хромонем или иных нитчатых об­ разований, кроме фибрилл толщиной 200 А, не выявляется.

В зонах хромосомных перетяжек фибриллы располагаются более рыхло, иногда в виде нескольких пучков.

Это описание структуры метафазных хромосом растений мож­ но полностью повторить для хромосом животных — на ультратон­ ких срезах метафазные хромосомы клеток культуры ткани СПЭВ, асцитной карциномы Эрлиха (см. табл. 27) и других объектов выг­ лядят плотными, компактными телами, лишенными подразделения на субхроматиды.

Если ограничиться изучением структуры хромосомы на стадии метафазы, может создаться впечатление, что хромосомы не имеют субструктуризации на субхроматидные элементы. Именно к таким выводам приходят некоторые из авторов, имевших дело с выделен­ ными метафазными хромосомами (Du Praw, 1965, 1966, 1968; Co­ mings, Ocada, 1969). Согласно другой точке зрения, субхроматиды сохраняются и в метафазе, а то, что их не удается обнаружить в составе метафазных хромосом, объясняется плотной, компактной упаковкой хромонемных элементов и присутствием экстрахромосомного материала, маскирующего истинную структуру хромосом (Sparvoli et al., 1965). Если это предположение верно, то воздей­ ствия, приводящие к разрыхлению хромосом, должны выявить хромонемные элементы и в метафазе.

Из различных факторов, вызывающих разрыхление хромосом, наиболее часто используются такие, как ЭДТА (Kaufmann, McDo­ nald, 1956), KCN (Ris, 1957), фенэтиловый спирт (Bami, Jura, 1966) и соли кобальта (Herich, 1965).

При электронномикроскопических наблюдениях в клетках корневой меристемы Crepis capillaris после воздействия ЭДТА, KCN и фенэтиловым спиртом наблюдались значительные измене­ ния: набухание митохондрий, изменение мембранных структур