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

рованных хромосом, по данным Троско и Вольффа (Trosco, Wolff, 1965), приводила к развертыванию хромосом с увеличением их длины. Вероятно, такая обработка может привести к искусствен­ ной потере структуры (Wolfe, Martin, 1968).

Еще большие изменения в структуре хромосом могут проис­ ходить при выделении их в гипотонических условиях. Характерно, что ни в одной из работ, где при помощи электронного микроскопа изучались хромосомы, полученные в гипотонических растворах, нет описания субхроматид. Подобные артефакты дают возмож­ ность для появления умозрительных заключений, которые можно найти в работах Дю Про (Du Praw, 1968). Наши данные резко не согласуются с представлениями этого автора и показывают в хроматидах как существование субхроматид, так и признаков их спирализации при укладке в теле хромосомы.

Изменения структуры ядра в митозе показывают, что в ранней профазе появлению четко выраженных хромосомных зон и сфор­ мированных хромосом предшествует появление хромонемных структур, более или менее равномерно заполняющих весь объем ядра. Таким образом, в ядре первоначально происходит обособле­ ние элементов хромосом в виде хромонемных нитей, а затем их собирание в хромосомы. В пользу этого представления говорят факты об изменениях в структуре ядер при действии на клетки ионов Mg или Са. Конденсация хроматина, вызываемая этими ионами в живых ядрах, приводит к образованию нитчатых струк­ тур, сходных по размерам и морфологии с субхроматидами в про­ фазе или телофазе. То, что искусственная конденсация хроматина в ядрах под воздействием Mg2+ или Са2+ приводит не к беспорядоч­ ной агрегации, а к закономерной структуре, может говорить о том, что ионы Mg2+ и Са2+ лишь провоцируют образование струк­ туры хроматина в виде хромонемных тяжей и что принципы такой организации заложены в самом интерфазном ядре. Об этом же го­ ворит тот факт, что в выделенных ядрах растений не происходит реконструкция хромонемных элементов после набухания ядер в растворах высокой (0,4 М NaCl) и низкой (0,035 М NaCl) ион­ ной силы (Васин и др., 1972),.

Если такие набухшие ядра вновь поместить в раствор, содер­ жащий 0,14 М NaCl, хроматин вновь структурируется, однако об­ разующиеся глыбки хроматина имеют неправильную форму и совершенно не похожи на нитчатые хромонемы исходных ядер. По-видимому, в интерфазных ядрах на любой стадии клеточного Цикла сохраняются конденсированные элементы хромонемных структур, а их деконденсированные районы пространственно разоб­ щены. Именно начиная с конденсированных участков хромонем продвигается постепенная конденсация этих структур.

Сам же процесс образования митотической хромосомы можно представить себе в виде двух этапов. Первый — конденсация хроматиновых фибрилл, приводящая к структуре типа хромонемы; второй — взаимная конденсация и уплотнение отдельных хромо­ нем или участков хромонемы в виде конечной структуры — хроматиды.

Каковы закономерности прохождения этих порядков структу­ ры и каковы их пусковые механизмы, пока неизвестно.

Получены некоторые данные о тонкой структуре хромонемы. Как было видно, в ее основе лежат хроматиновые фибриллы ДНП, сечения которых хорошо просматриваются на ультратонких сре­ зах.

Оказалось, что порядок их укладки не имеет признаков спираль­ ной организации, т. е. хромонемные единицы образуются не за счет еще одной степени спирализации фибрилл, толщиной 200 А, как это считают, например, Амано и др. (Amano et al., 1956), а путем продольного складывания фибрилл ДНП. Такое расположе­ ние фибрилл может отображать складчатый характер укладки од­ ной молекулы нуклеогистона, предположенный Дю Про (Du Praw, 1965).

Однако эксперименты по разрыхлению хромонемы показывают большую вероятность того, что хромонема представляет собой многонитчатую структуру. Если это действительно так, то отме­ ченную корреляцию между толщиной хромонемы, диаметром метафазной хромосомы и содержанием ДНК у близких видов расте­ ний можно объяснить исходя из представлений о многонитчатости хромосом на уровне хромонемных элементов, а именно тем, что в более толстых хромонемах содержится большее количество про­ дольно уложенных фибрилл ДНП.

Общие принципы упаковки хромонемных элементов

всоставе митотических хромосом

Впредыдущем разделе показано, что основной структурной едини­ цей, встречающейся в процессе формирования хромосом в митозе, кроме элементарных хроматиновых фибрилл, является хромонема. Порядок ее укладки в структуре хромосомы недостаточно ясен.

Единственная работа, связанная с анализом этого вопроса (Sparvo- П et al., 1965), авторы которой использовали электронный микро­ скоп, не дает достаточного количества доказательств для того, чтобы принять полностью их представления о четырех субхроматидах, попарно спирализованных в виде диплоспирем. Существует много данных, не укладывающихся в эту гипотезу. Основные из них — это результаты наблюдений за спирально закрученны­ ми полухроматидами.

Как уже говорилось, в световом микроскопе хромосома пред­ ставляется сложноорганизованной структурой, состоящей из не­ скольких субхроматид (полуили четвертьхроматид). Субхроматиды в виде полухроматид особенно хорошо видны в хромосомах на стадии анафазы или ранней телофазы после окраски ацетокар­ мином (см. табл. 33, 34, 35). Однако полухроматиды удается наб­ людать в анафазных хромосомах и без каких бы то ни было воз­ действий на живом материале (Bajer, 1965).

Перечисленные факты могут говорить о том, что в состав хро­ мосом входят по крайней мере две продольные независимые струк­ турные единицы. Однако некоторые наблюдения вызывают сомне­ ния в правильности такой интерпретации цитологических данных. Дело в том, что на препаратах пыльников Paeonia arborea, окра­ шенных ацетокармином, наряду с отчетливо видимыми параллель­ но расположенными или переплетенными в пологую спираль полухроматидами при наблюдении хромосом «с торца» проявляет­ ся их цилиндрическая организация (Поляков и др., 1969).

Чтобы разобраться в этом вопросе, было проведено сравнитель­ ное электронно- и светомикроскопическое исследование структуры хромосом на одном и том же объекте с использованием одинаковых фиксаторов и заливочных сред. Только при соблюдении этих усло­ вий, сопоставляя фотографии хромосом, полученные в световом микроскопе, с поперечными сечениями тех же самых хромосом, можно узнать, насколько соответствует действительности та орга­ низация хромосом, которая наблюдается в световом микроскопе.

Если наблюдения о существовании полухроматид в составе хромосом с помощью светового микроскопа отражают реально су­ ществующие структуры, то исследование этих же самых хромосом на срезах в электронном микроскопе должно также дать картину полухроматид.

С этой целью под световым микроскопом на окрашенном ацето­ кармином и заключенном в метакрилат препарате была выбрана анафаза, и хромосомы сфотографированы. На фотографии хорошо видны две взаимно переплетенные субхроматиды, образующие пологую спираль. После резки на ультрамикротоме этот же препа­ рат исследовали в электронном микроскопе. Оказалось, что на по­ перечных сечениях хромосомы имеют форму кольца, на продоль­ ных — сильно вытянутого эллипса (см. табл. 34) с отношением толщины стенки этих структур к диаметру хромосомы, составля­ ющим примерно 1:3. Такие сечения могут получиться только в том случае, если резали структуру, напоминающую полый цилиндр или трубку. Продольно расположенных полухроматид, видимых в световом микроскопе, наблюдать в этом случае не удалось.

Сечения в виде кольца или вытянутого эллипса, отражающие цилиндрическую, трубчатую организацию хромосомы, появляются на ультратонких срезах независимо от того, располагались ли суб-

124 Судьба компонентов ядра в митозе

хроматиды в хромосомах при наблюдении в световом микроскопе параллельно или казались взаимно переплетенными в пологую спираль. Однако в тонкой структуре сечений хромосом, находя­ щихся на разных стадиях митоза, имеются некоторые различия. Хромосомы анафазы обычно сильно вытянуты, и их субхроматидная организация проявляется менее четко по сравнению с хромо­ сомами поздней анафазы или телофазы. Именно такие хромосомы ранней анафазы дают на поперечных сечениях структуру в виде кольца со сплошными стенками (см. табл. 34). На более поздних стадиях (поздняя анафаза, телофаза) при наблюдении в световом микроскопе в хромосомах более четко выявляются субхроматиды, и, соответственно, картина их поперечных и продольных сечений становится иной. Хотя общая организация хромосомы на попереч­ ных сечениях сохраняет вид кольца, материал, составляющий стенки кольца, подразделяется на субъединицы различной формы, образующие полукольца, незамкнутые кольца и т. д. Продольные сечения телофазных хромосом показывают, что стенка образующе­ го их полого цилиндра также не остается сплошной (см. табл. 35). При таких сечениях видно, что боковые стенки рассеченных хро­ мосом состоят из отдельных нитчатых субъединиц, порядок распо­ ложения которых отражает спиральный тип их укладки. Особенно это хорошо видно при частичной реконструкции хромосом на не­ скольких серийных срезах.

Необходимо отметить, что при исследовании в электронном микроскопе срезов хромосом клеток культуры ткани фибробластов мышей после их окраски ацетокармином и заливки в метакрилат также выявляются кольцевидные структуры.

Таким образом, сопоставление морфологии хромосом, окра­ шенных ацетокармином, при их изучении в световом и электрон­ ном микроскопе не подтверждает существования полухроматид как двух основных элементов митотической хромосомы. Вероят­ нее всего, что полухроматиды, просматриваемые в световом мик­ роскопе, являются продуктом оптической иллюзии.

При изучении окрашенных ацетокармином препаратов мы об­ ратили внимание еще на одно интересное явление. Обычно, тело­ мерные участки анафазных или телофазных хромосом растений, когда хорошо видна их субхроматидная организация, оказывают­ ся замкнутыми. Подобные картины можно видеть почти на каж­ дой фотографии анафазных хромосом, сделанной в световом ми­ кроскопе (см. табл. 20, 33, 34, 35).

На ультратонких срезах анафазных хромосом также видно, что теломерные участки замкнуты и состоят из того же материа­ ла, что и боковые участки хромосом. Так как замкнутость кон­ цевых участков может быть имитирована просто косыми срезами через полую цилиндрическую структуру, необходимо было сде­ лать серийные срезы, чтобы убедиться в том, что исследуется