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

116 Судьба компонентов ядра в митозе

цитоплазмы, набухание и увеличение размера ядрышка. В ядрах уменьшалась толщина хроматиновых фибрилл до 100—150 А. На­ рушалась и вторичная структуризация хроматина: в интерфазных ядрах появлялись неправильной формы скопления хроматина. В профазных и телофазных хромосомах хромонемные нити не вы­ являлись.

В этих случаях также происходит общее набухание митотиче­ ских хромосом за счет утоиынения элементарных фибрилл и пол­ ного исчезновения вторичной организации хромосомы. Именно поэтому данный тип воздействий был нами отвергнут.

Электронномикроскопическое исследование корешков Crepis capillaris, обработанных растворами солей кобальта, привело к со­ вершенно иным результатам (Поляков, Ченцов, 1968).

Воздействие 2%-ным водным раствором СоС12 не вызывает за­ метных нарушений в морфологии митохондрий, ядрышка, рибосом и мембранных элементов клетки. В интерфазных ядрах наруше­ ний в структуре не наблюдается: ядра имеют глыбчатый вид, раз­ мер глыбок такой же, как в контроле. Структура клеток в профазе н телофазе также не менялась. Профазные и телофазные хромосо­ мы имеют такое же строение, как и в норме, в них отчетливо вы­ являются хромонемные структуры.

При электронпомикроскопическом изучении «разрыхленных» под действием Со (N03)2 или СоС12 метафазных хромосом в их составе выявляются плотные нитчатые образования толщи­ ной 0,2—0,3 мк, располагающиеся на некотором расстоянии друг от друга. Морфологически эти нити сходны с описанными выше хромонемами профазных и телофазных хромосом. Таким образом, соли кобальта вызывают разрыхление, деконденсацию хромосом в метафазе, связанную с расхождением хромонемных структур. Другими словами, происходит истинное разрыхление хромосомы без изменения ее составляющих элементов. Анафазные хромосомы в этом случае также несколько больше разрыхлены, чем в норме

(см. табл. 28).

Разрыхление метафазных хромосом под действием солей ко­ бальта сопровождается еще одним интересным явлением: вокруг разрыхленных хромосом появляется компонент, отличающийся по плотности и структуре от хроматина и окружающей цитоплазмы. Мы называем этот компонент хромосомным матриксом (стр. 131). Появление хромонемных структур удалось вызвать также в мета­ фазных хромосомах животных после инкубации клеток культуры ткани СПЭВ в гипотонической среде — растворе Хенкса, разбав­

в первый момент после помещения клеток в гипотоническую среду сильно набухают ядра и митотические хромосомы. Затем, через 5—10 мин., структура ядер возвращается к норме, в делящихся

клетках вновь четко выявляются хромосомы. Электронномикроско­ пическое исследование таких «адаптировавшихся» к гипотониче­ ским условиям клеток показало, что в хромосомах выявляются нитчатые структуры, по своему диаметру сходные с хромонемными элементами профазных хромосом (см. табл. 29).

Таким образом, в хромосомах как растений, так и животных нооле некоторых воздействий, приводящих к разрыхлению хромо­ сом, удается наблюдать хромонемные элементы.

В ранней анафазе структура хромосом практически не изменя­ ется. Так же как на стадии метафазы, анафазные хромосомы пред­ ставляют собой плотные образования, состоящие из тесно уложен­ ных элементарных фибрилл. В поздней анафазе, когда хромосомы достигают противоположных полюсов клетки, в их структуре выяв­ ляются хромонемы — нитчатые образования толщиной около 0,2 мк. При этом вся структура хромосом разрыхляется, что отражает на­ чало деконденсации митотических хромосом. Эта деконденсация связана не с разрыхлением фибрилл внутри хромонем, а с расхож­ дением хромосом. Особенно заметным и выраженным этот про­ цесс становится в телофазе. В тех случаях, когда на препаратах попадались поперечные сечения анафазных хромосом, они выгля­ дели как кольцевые структуры (см. табл. 30).

Для ранней телофазы, когда вокруг хромосом начинают пояь ляться первые элементы ядерной оболочки, характерна дальнейшая деконденсация хромонем, которая на этой стадии выявляется очень отчетливо. Сами телофазные хромосомы-хроматиды увеличиваются в объеме. Расстояние между отдельными участками хромонемы также увеличивается. В расположении отдельных нитей хромонемы, так же как в профазных хромосомах, улавливаются признаки спиральности в укладке: часто видны кольчатые или петлистые не­ замкнутые участки, иногда располагающиеся параллельно друг ДРУгу (см. табл. 31). Элементы хромонемы сохраняют свои раз­ меры (толщина около 0,2—0,3 мк). Кроме хромонем, уже в ранней телофазе видно обособление вокруг хромосом компонентов мат­ рикса.

В поздней телофазе хромосомы уже полностью окружены ядер­ ной оболочкой. Хромонемные элементы расходятся друг от друга на значительные расстояния, но все же зоны отдельных хромосом еще выявляются (см. табл. 31). В это время некоторые участки хро­ монем начинают разрыхляться, их толщина увеличивается До U,2—0,4 мк.

Таким образом, наблюдая за состоянием структуры и располо­ жением хромонемных участков в ядрах и хромосомах в телофазе, можно видеть картину, обратную той, которая наблюдалась в про­ фазе: разрыхление хромосом за счет первоначального расхождения хромонемных участков и последующего разрыхления самих хро­ монем.

118 Судьба компонентов ядра в митозе

Мы видели, что в электронном микроскопе нитчатые, хромонемные структуры выявляются на всех стадиях митоза, за исключени­ ем поздней профазы, метафазы и ранней анафазы. Возможное объ­ яснение этих исключений, вероятно состоит в том, что на указан­ ных стадиях из-за максимальной конденсации хроматинового мате­ риала, из-за плотности в укладке происходит маскирование хромо­ немы. Это предположение было экспериментально проверено; вы­ звав искусственную деконденсацию метафазных хромосом солями кобальта, удалось убедиться в том, что и на этой стадии митоза в состав хромосом входят хромонемные элементы. Другой важный вопрос, оставшийся не до конца ясным после изучения ультратонких срезов, это способ упаковки хромонем в составе митотической хромосомы.

Как уже отмечалось, на сечениях хромосом отдельные хромо­ немные элементы располагаются в виде петель или кольцевых структур, что служит доводом в пользу их спиральной упаковки. Эти данные находятся в резком несоответствии с наблюдениями за ультраструктурой выделенных хромосом. Так, по утверждению не­ которых авторов, в составе митотической хромосомы, кроме эле­ ментарных фибрилл, не встречаются структуры более высокого по­ рядка организации — такие, как субхроматиды, и не наблюдается признаков спиральной упаковки хромосом (Du Praw, 1965; Co­ mings, Okada, 1969). На наш взгляд, это может объясняться тем, что выделение митотических хромосом в гипотонических условиях, без стабилизации их структуры, обязательно должно приводить к набуханию хромосом и потере их структуризации. Чтобы избежать этого, был использован тот же метод заключения фиксированного материала в водорастворимую среду, который применялся для изу­ чения структуры хромонем. В данном случае в смесь поливинилпирролидона с сахарозой заключался эндосперм тюльпана Tulipa turkestanica Rgl., предварительно фиксированный смесью 2%-ного глютатового альдегида и 2%-ного формалина и выделенный из се­ мяпочки. Так как эндосперм Tulipa характеризуется зональным распределением митозов, можно получить срезы со всеми стадия­ ми митозов, от профазы до телофазы. Срезы можно приготовить та­ кой толщины, чтобы они превышали диаметр хромосом, в результа­ те чего в плоскость среза будут попадать целые хромосомы. Таким образом, предоставляется возможность изучать общую структурную организацию хромосом подобно тому, как это делается с выделенными хромосомами.

Исследование таких, можно сказать, «тотальных» препаратов хромосом в делящихся клетках позволило подтвердить наблюдения о структуре хромосом, проведенные с использованием ультратонких срезов. На всех фазах митоза, включая метафазу, в составе хроматид выявляются структуры более низкого порядка, соответству­ ющие субхроматидам или хромонемам (см. табл. 32). На некоторых

препаратах отчетливо выявляется периодичность в расположении хромонем в составе хромосом, характерная для спиральной уклад­ ки субхроматид. В отдельных случаях, вероятно, когда просматри­ вается вся толщина хромосомы, видны более сложные картины, соответствующие проекции параллельно спирализованных субхро­ матид. Таким образом, в составе митотических хромосом на всех стадиях митоза выявляются субъединицы меньшей толщины, чем сама хроматида, и большей, чем ее элементарные хроматхшовые фибриллы. Эти единицы — хромонемы — обладают переменной ве­ личиной в зависимости от цикла конденсации хромосомы, но со­ ставляют в среднем около одной трети ее толщины (см. таблицу,

стр. 1112).

Хромонемное строение хроматид наблюдалось у всех изученных видов без исключения. Несколько хуже субхроматидная организа­ ция хромосом выявляется на клетках культуры ткани животных, возможно, в связи с малыми размерами хромосом в этих объектах, хотя и здесь на стадии профазы и телофазы субхроматидные эле­ менты выявляются достаточно четко.

Результаты наших наблюдений о хромонемном, или субхроматидном строении хромосомы согласуются с данными одних авторов, но в то же время содержат много сведений, не укладывающихся в представления целого ряда других авторов.

Так, как нам кажется, наши выводы о субхроматидном, хромо­ немном строении хромосом подтверждают данные Спарволи и др. (Sparvoli et al., 1965), которые также видели хромонемы у Tradescantia на всех стадиях, за исключением метафазы. По мнению этих авторов, отсутствие хромонем в метафазе может объясняться мас­ кированием этих структур «экстрахромосомным материалом». По­ пыток обнаружить какие-либо структуры, соответствующие хромонемам в метафазных хромосомах, эти авторы не делали.

В нашем случае после обработки корешков Crepis capillaris со­ лями кобальта происходило разрыхление тела хромосомы за счет расхождения ее субъединиц. При этом действительно обособлялся «экстрахромосомный материал» матрикса, но главной причиной, приводившей к обнаружению хромонемы, на наш взгляд, было их отталкивание и обособление друг от друга. Хроматида как бы рас­ кручивается, увеличивая свой общий объем. Но такое раскручива­ ние не является равномерным набуханием хромосомы за счет на­ бухания, утолщения и разрыхления ее хромонемных структур. Пос­ ледний тип набухания хромосом мы наблюдали при действии хелат­ ных агентов и фенэтилового спирта. На наш взгляд, действие этих веществ не имеет ничего общего с физиологической деконденсаЦией хроматид во второй половине митоза. На самом деле хелаты вызывают, в первую очередь, изменения на уровне элементарных фибрилл: фибриллы утоньшаются и расходятся, что вызывает об­ щее набухание хромонем и хроматид в целом.

120 Судьба компонентов ядра в митозе

Таким образом, действие солей кобальта выражается в специ­ фической деконденсации (а не в набухании) хроматид, напомина­ ющей по ряду признаков (обособление матрикса, сохранение хро­ монем, их расхождение и др.) нормальный процесс деконденсации в телофазе. Кроме того, при таком воздействии практически не из­ меняется морфология основных клеточных компонентов, и это дает основание считать воздействие солей кобальта не гибельным для клетки. По данным Хериха (Herich, 1965), действие растворов со­ лей кобальта вызывает обратимые эффекты, которые снимаются при отмывании солей водой. Гипотонический шок, который приво­ дит к выявлению хромонем в метафазных хромосомах животных, также можно отнести к воздействиям физиологического характера. По данным Бринкли, после перенесения клеток из разбавленного раствора Хенкса в нормальную культуральную среду они продол­ жают делиться (Brinkley, 1967).

Нет смысла перечислять и сравнивать данные старых цитоло­ гов и результаты наших наблюдений за субхроматидами в свето­ вом микроскопе — они полностью совпадают (см. обзор литерату­ ры — Данжар, 1948) в утверждении о том, что в основе структуры хроматид лежат нитчатые единицы — хромонемы.

Наши наблюдения не согласуются с данными некоторых авто­ ров, также поддерживающих представления о субхромагидности хромосом по ряду деталей.

Так, например, Байер (Bajer, 1965) при витальном наблюдении за хромосомами клеток эндосперма Haemantlnis katharinae обратил внимание на полухроматидную организацию хромосом в анафазе и телофазе. Исследуя хромосомы этого же объекта на ультратонких срезах, мы не видели признаков существования двух субъединиц, располагающихся на некотором расстоянии друг от друга в виде рыхлой двойной спирали. У Н. katharinae, как и у других объектов, в хромосомах видны хромонемы, но данных, показывающих, что их две, мы не смогли получить. Более того, есть ряд наблюдений, по­ казывающих, что и у этого объекта способ укладки хромонем такой же, как у V. faba или других изученных растений (кольца на по­ перечном сечении).

Троско и Вольфф (Trosco, Wolff, 1965) при ферментативном переваривании выделенных фиксированных хромосом V. faba об­ наружили с помощью светового микроскопа в их структуре четыре субъединицы, или четвертьхроматиды. Повторное исследование этого же объекта с помощью электронного микроскопа (Wolfe, Martin, 1968) позволило обнаружить субхроматидную организацию в хромосомах V. faba, но у V. sativa субхроматидность не выявля­ ется. Однако, по нашим наблюдениям, субхроматидность у V. sa­ tiva выявляется отчетливо как при исследовании хромосом в све­ товом микроскопе после окраски ацетокармином, так и на ультра­ тонких срезах в электронном микроскопе (см. табл. 33).