ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 14.10.2024
Просмотров: 56
Скачиваний: 0
V. Структура митотических хромосом |
131 |
На просвете такая модель не дает параллельности стенок, так как представляет собой рыхлую одиночную спираль.
Как видно, модельная хромосома из одной субъединицы не удовлетворяет всем требованиям, предъявленным нами к такой структуре.
Вариант с двумя субъединицами. При плотной спиральной упаковке двух субъединиц (рис. 14) на поперечных сечениях бу дут видны примыкающие друг к другу два полукольца, которые могут имитировать сплошное кольцо. Продольное сечение такой фигуры дает параллельно расположенные контуры стенки цилин дра. На просвет такая структура также даст параллельные проек ции стенок цилиндра, однако спиральности в ее структуре не будет.
При рыхлой спиральной упаковке двух субъединиц на попереч ных сечениях должны быть видны сечения этих двух субъеди ниц, которые не будут имитировать кольцо. На продольном раз резе в этом случае будут видны два ряда противостоящих срезов субъединиц, составляющих рыхлую стенку полого цилиндра. На просвет такая структура не дает параллельности стенок, но будет видна как двойная спираль.
Так как на поперечном сечении эта модель не дает кольца или кольцевидного расположения субъединиц, она не может отвечать всем требованиям, перечисленным выше.
Вариант с четырьмя субъединицами. При плотной спиральной упаковке четырех субъединиц (рис. 15) на поперечном сечении будут видны тесно расположенные четыре плотно примыкающие фигуры, располагающиеся по периметру кольца. Продольные сече ния и проекции этой модели дадут параллельные стенки поло го цилиндра. Однако спиральности в последнем случае видно не будет.
При рыхлой спиральной упаковке четырех субъединиц попе речное сечение даст вид рыхлого кольца, составленного четырьмя фигурами сечений субъединиц, продольные сечения дадут рыхлые, несплошные стенки полого цилиндра. В проекции такая фигура может дать размытую картину параллельности стенок полого ци линдра и спираль, которая может имитировать спираль из двух субъединиц. Действительно, наложение проекций четырех нитча тых элементов со спиральной симметрией может дать псевдодвойную спираль, которую в световом микроскопе можно принять за реальную.
Все эти рассуждения основаны на анализе фактического ма териала, полученного в нашем исследовании. На нага взгляд, мо дель с четырьмя субхроматидами-хромонемамп лучше всего объ ясняет те наблюдения, которые были нами получены.
Замкнутость теломерных концов хроматид в такой модели может иметь несколько объяснений.
5*
132 |
Судьба компонентов ядра в митозе |
Одно из них мы уже упоминали, это объяснение А. А. Проко- фьевой-Бельговской о роли гетерохроматина в слипании тело мерных участков. В этом случае отдельные субхроматиды (если принимать модели с числом субъединиц больше одной) будут представлять собой или одинаковые в структурном смысле едини цы с одинаковой нуклеотидной последовательностью, или различ
ные.
Другой возможный вариант — замыкание пар субхроматид са мих на себя, подобно тому, как показано на фотографии в работе Троско и Вольффа (Trosco, Wolff, 1965) (см. табл. 34). В этом слу чае возможны два варианта: один с замыканием пар субхроматид на обеих теломерных концах таким образом, что при деспирали-
Р н с. 17. Общий вид гипотетической модели хромосомы
V. Структура митотических хромосом |
133 |
зации модельной хромосомы образуются две независимые вытя нутые и замкнутые в кольцо полухроматиды. В другом случае замыкание парных субхроматид приведет к образованию единого, сложенного вдвое кольца одной нитчатой фигуры с четырьмя продольными участками (рис. 16). Эти рассуждения позволили нам предложить гипотетическую модель строения хроматиды (рис. 17). Конечно, данная модель точно не доказана и большей частью так же умозрительная, как и большинство предложен ных до сего времени моделей строения хромосом. Но она хорошо, как нам представляется, объясняет многие моменты. Однако для полного подтверждения эта модель требует дополнительных ис следований, в первую очередь, точного определения числа субъ единиц хромосомы и тонкой структуры теломеры.
Некоторые факты, хорошо подтверждающие предложенную мо дель хромосомы, удалось получить при изучении тотальных пре паратов хромосом эндосперма тюльпана (см. табл. 32). В этом случае мы также наблюдали кольцеподобные структуры при попе речных сечениях хромосом, субхроматидные элементы и спираль ный тип их укладки в составе хромосом. Наблюдавшиеся в ряде случаев пересечения хромонемных нитей соответствуют тем кар тинам, которые можно получить на проекциях предложенной мо дели хромосомы.
V I . М А Т Р И К С М И Т О Т И Ч Е С К И Х Х Р О М О С О М
Изучая митотические хромосомы, многие цитологи старой школы видели, кроме хромонемной нити (или нитей), в составе хромосом еще один компонент нехроматиновой природы. Этот компонент обычно описывали в неопределенных терминах, как, например, у Данжара (1950): «Хромонемная нить чаще всего закручена в спираль и заключена в цилиндр из другого вещества, составляю щего оболочку, или влагалище, и называемого матриксом». Рис (Ris, 1957) пишет: «Обычно матриксом называют какой-то не со держащий генов материал хромосомы, скопляющийся вокруг хро мосомной нити, главным образом, во время митоза... Соображения о химическом составе матрикса мы рассматривать не будем, так как в этой области не существует пока ничего, кроме домыслов». Мэзиа (1963): «Что касается морфологических свойств матрикса, то в благоприятных случаях он выглядит как колбасовидное тело, внутри которого заключена закрученная в спираль хромосома...
В отношении своих химических свойств матрикс представляет собой ту часть хромосомы, которая не имеет значения для сохра нения целостности первичных генетических нитей и которая мо жет изменяться спонтанно, но без нарушения липейной непрерыв ности хромосом».
О структурной роли или даже о расположении матрикса были разноречивые мнения. Некоторые авторы считали матрикс осевой структурой, на которой закручивается хромонема, или веществом, которое, следуя за изгибами хромонемы, образует обкладку вокруг хромосомы (Nebel, 1939; Mazia, 1941). По другим представлениям, матрикс образует плотный чехол, вроде оболочки, внутри которо го хромонема вынуждена изгибаться (Ileitz, 1935).
Функциональная роль матрикса не была четко установлена. Одни авторы приписывали ему ведущее значение в процессе структуризации и спирализации хромонемы (Serra, 1947, 1949), другие считали матрикс источником образования кариолимфы и ядрышек в телофазе (Nebel, 1932).
Химическая природа матрикса одно время живо обсуждалась. Здесь также существовало несколько точек зрения. По Дарлинг тону (Darlington, 1935), хромосома образуется постоянной хромо немой, сопровождаемой дополнительными хроматическими веще ствами с различным содержанием нуклеиновых кислот. «Нуклеальпость» матрикса определялась тем, что он обладает опреде ленной базофилией. По мнению Мэзиа (Mazia, 1941), матрикс,
VI. Матрикс митотических хромосом |
135 |
по-видимому, состоит из белков, содержащих Много кислых групп.
Какого же рода нуклеиновые кислоты создают эту базофилию матрикса, было решено не сразу. Так, Серра (Serra, 1947, 1949) считал, что периферический нуклеопротеин, соответствующий матриксу, состоит из ДНК и гистоноподобных белков.
Введение цитохимических методов определения нуклеиновых кислот сразу же показало присутствие РНК в метафазных хромо сомах. Так, Браше (1960) нашел, что при окрашивании метило вым зеленым с пиронином по Уина метафазные хромосомы всегда слегка окрашиваются пиронином, а обработка препаратов рибонуклеазой снимает это окрашивание. Сходные наблюдения были сделаны Кауфманном и др. (Kaufmann et al., 1948). Появилась це лая серия работ в подтверждение представления о том, что в со став матрикса метафазных хромосом входит РНК (Jacobson, Webb, 1952; Lipp, 1953; Boss, 1955).
С другой стороны, появились данные, ставящие под сомнение существование матрикса вообще, а не только как самостоятель ную структуру. Так, Рис и Мирский (Bis, Mirsky, 1949) пришли к выводу, что при цитологических методах исследования при фик сации происходит сжатие хромосом. Рис (Ris, 1957) считает, что матрикс соответствует зонам, освобождаемым при таком сжатии, что привело его к заключению, что основные данные, свидетель ствующие в пользу существования матрикса, основаны на арте факте.
В пользу этого говорили наблюдения, что в электронном мик роскопе на срезах или на выделенных хромосомах не видно было и намеков на присутствие матрикса или мембраны вокруг хромо сом (Ris, 1957; De Robertis, 1956; Kaufmann, McDonald, 1956).
Казалось, что проблема матрикса была решена. На самом же Деле она переросла в проблему «цикла хромосомной РНК» (Мэзиа, 1963). Многие исследователи (за небольшим исключением), занимавшиеся этой проблемой, избегали использовать термин «матрикс».
Как уже было сказано, некоторые исследователи (Nebel, 1932) считали, что роль матрикса заключается в том, что он может слу жить источником образования новых ядрышек и ядерного сока в Дочерних ядрах после митоза. Эта точка зрения существует до настоящего времени и имеет множество подтверждений. Однако наблюдения за способностью клеток к синтезу РНК в течение кле точного цикла показали, что этот синтез полностью прекращает ся, начиная со средней профазы, и начинается в конце телофазы, когда появляются морфологически оформленные ядрышки (Tay lor, Woods, 1959; Prescott, Bender, 1962; Swift, 1963). Эти факты Дали основу для представления о том, что ядрышки возникают в
результате |
возобновления |
синтетической |
активности |
хромосом, |
И привели |
к появлению |
категорических |
отрицаний |
концепции |
136 |
Судьба комповеатов ядра в митозе |
образования ядрышек из матрикса |
хромосом в телофазе (Swift, |
1963). Наряду с этими представлениями существуют наблюдения, говорящие в пользу переноса РНК хромосомами в телофазные ядра. Кусанаги (Kusanagi, 1964) показал, что при коротком вклю чении меченного тритием предшественника РНК, уридина и при последующем переносе клеток в нерадиоактивную среду метка может быть обнаружена в зоне метафазных хромосом.
Многочисленны также цитологические наблюдения о переносе материала, близкого по своим характеристикам к ядрышковому материалу, хромосомами во время митоза (Das, 1962; Кикнадзе, 1962).
Используя метод импрегнации ядрышкового материала сереб ром, Стокерт и др. (Stokert et al., 1970) показали, что аргентофильное вещество появляется на телофазных хромосомах в виде неболь ших предъядрышковых телец. Ингибиторы синтеза белка и РНК не подавляют этот процесс, что говорит о том, что вновь образую щиеся ядрышки не синтезировались в профазе, а скорее были перенесены хромосомами по дочерним ядрам.
Электронномикроскопические исследования поведения хромо сом в телофазе показали появление на их поверхности или в зонах между тесно расположенными хромосомами элементов, близких но ультраструктуре к ядрышкам (Lafontaine, 1968; Stevens, 1965). Однако авторы считали, что появление этого экстрахромосомного материала связано с возобновлением синтетической ак тивности хромосом, так как у метафазных и анафазных хромосом никаких «ядрышкоподобных» или «ядрышковых» структур не обнаруживалось. В своем обзоре Лафонтен (Lafontaine, 1968) приводит дополнительные доводы против происхождения ядрыш ка за счет матрикса: при обособлении предъядрышковых структур в телофазе не наблюдается падение плотности хромосом; у расте ний с мелкими хромосомами объем предъядрышкового вещества не только заметно больше «матрикса» на хромосомах (при иссле довании в световом микроскопе), но даже превышает объем самих хромосом.
Все же перенос метки РНК хромосомами и цитологическое обнаружение нехроматиновых структур в составе хромосом не должны быть сброшены со счетов, они могут указывать на то, что при образовании ядрышек имеют место два процесса одновремен но: перенос части материала и возобновление синтеза (Беляева, 1965; Ченцов, 1966; Lafontaine, 1968).
Как можно видеть, главными аргументами против существо вания матрикса и его роли в развитии других ядерных структур явились результаты наблюдений митотических хромосом с по мощью электронного микроскопа. Действительно, как показано в предыдущих разделах, в профазных, метафазных и анафазных хромосомах не обнаруживается компонентов, отличных от хро