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

40 Йнтерфазное ядро

Для этих ядер характерно, что отдельные участки конденсирован­ ного хроматина, хромоцентры, собраны на одном из полюсов на периферии ядра. Данжар, исходя из совпадения числа хромосом и хромоцентров, высказал предположение о центромерном проис­ хождении последних. Фокс (Fox, 1966) показал, что при включе­ нии Н3-тимидина в центромерные участки хромосом у Schistoсегса grearia метка над интерфазным ядром занимает небольшую ограниченную площадь. Интересны наблюдения Фассел (Fussell, 1972), которая с помощью радиоавтографии показала, что у кле­ ток проростков корешков А. сера одна из зон интерфазного ядра занята, по всей вероятности, хромоцентрами центромерного проис­ хождения, тогда как на противоположной части ядра расположе­ ны многочисленные (12—14) теломерные участки хромосом. Эти данные также говорят о неслучайном расположении хромосом в интерфазном ядре, порядок расположения которых повторяет те­ лофазную ориентацию хромосом после деления ядра. Не лише­ но интереса предположение А. Н. Мосолова (1972) об универ­ сальности центромерного закрепления хромосом в интерфазных ядрах.

Полярность в расположении хромоцентров характерна для тело­ мерных районов у некоторых объектов. Так, Павулсоне и Иордан­ ский (1971) показали ауторадиографически, что все хромоцентры интерфазных ядер клеток меристемы Allium fistulosum представ­ ляют собой не что иное, как теломерные участки. Подробный ана­ лиз этих структур с помощью электронного микроскона на сериях ультратонких срезов (Онищенко, Ченцов, 1971) показал, что все такие теломерные хромоцентры (кроме одного, связанного с ядрыш­ ком) располагаются на периферии интерфазных ядер в тесном кон­ такте с ядерной оболочкой. Такой характер расположения теломер­ ных хромоцентров остается неизменным, начиная от телофазы и кончая профазой (табл. 6). Однако их локализация при этом не­ сколько меняется. В поздней телофазе все периферические хромо­ центры сосредоточены на теломерном полюсе ядра, и эта зона занимает около половины поверхности ядра. В двух дочерних яд­ рах на этой стадии обнаруживается зеркальное расположение хро­ моцентров. В клетках на стадии G2 также сохраняется такая по­ лярность в расположении теломерных хромоцентров, хотя свободная от них зона становится значительно меньше. Можно предполагать, что эти свободные от хромоцентров зоны должны представлять со­ бой области интерфазного ядра, занятые центромерными участка­ ми. Необходимо отметить, что в зоне теломер, помимо четко выра­ женных хромоцентров, всегда встречается большое количество хроматинового материала, связанного с ядерной оболочкой, так же как и в зоне, свободной от хромоцентров.

Если пространственная локализация хромосомных элементов в интерфазном ядре уж достаточно доказана, то пока совершенно

неясны механизмы, поддерживающие эту систему. Перифериче­ ское расположение конденсированных Х-хромосом у млекопитаю­ щих, теломерных хромоцентров у A. fistulosum или центромер (Данжар, 1950; Fussell, 1972) наводит на мысль, что необходи­ мым звеном в создании стабильной ориентации хромосом в интер­ фазном ядре может быть их специфическая ассоциация с ядерной оболочкой. Большая часть сведений, подтверждающих это пред­ положение, получена при изучении клеток, когда морфологически выраженные хромосомы окружены ядерной оболочкой, как, напри­ мер, в профазе мейоза или в гигантских ядрах слюнных желез не­ которых двукрылых насекомых.

Так, Мозес (Moses, 1956) и Фосет (Fawcett, 1956) описали кон­ тактирование концов мейотических хромосом с ядерной оболочкой. Позднее Моэнс (Moens, 1969) на основе пространственной рекон­ струкции ядер сперматоцитов Locusta показал, что оба конца мейо­ тических хромосом крепятся на ядерной оболочке в ограниченной зоне ядра. При этом в зоне контакта образуются специальные структуры типа «базальных выпуклостей» (Wollam et al., 1967).

Изучение ядер клеток слюнных желез Chironomus в стереоско­ пическом микроскопе показало, что теломерные районы хромосом (кроме одного плеча IV хромосомы) обязательно располагаются на периферии ядра около оболочки (Груздев, Кикнадзе, 1970). Элек­ тронномикроскопическое исследование таких хромосом (Перов, Ченцов, 1971) обнаружило, что в теломерных участках происходит разрыхление продольных нитей хромосом: они образуют кистепо­ добное расширение, которое оканчивается прямо на ядерной обо­ лочке. При этом видно, что нити хроматина тесно контактируют с

ядерной оболочкой (табл. 7).

Другим примером обязательного околомембранного расположе­ ния хромосом является тельце Барра, Х-хромосома (Miles, 1964). В тесном контакте с ядерной оболочкой находятся также теломер­ ные хромоцентры у Allium fistulosum (см. табл. 7). По поводу действительного контакта центромерных участков хромосом с ядер-, ной оболочкой пока сведений не имеется, но исключить эту возмож­ ность нельзя.

Поэтому вполне оправдан поиск каких-либо ультраструктурных особенностей в местах постоянного связывания хромосом с ядерной оболочкой интерфазного ядра. Однако пристальное изу­ чение зоны контакта Х-хромосомы с ядерной оболочкой в клет­ ках печени кошки (Коломиец и др., 1973) не выявило никаких Особых структурных отличий от контактов с ней любых участков хроматина. Не было найдено никаких специфических структур в местах контактов теломерных хромоцентров с ядерной оболоч­ кой и в клетках A. fistulosum (Онищенко, Ченцов, 1973) (табл. 5, 7). Не обнаружено никаких специальных структур и в теломерных участках политенных хромосом мотыля.

Все эти специализированные контакты хромосом интерфазного ядра с ядерной оболочкой не отличались от обычной формы связи с ней неспецифических участков хроматина.

Структурная и функциональная связь хроматина с ядерной оболочкой

Подробно структура и функция ядерной оболочки будут описаны ниже (см. раздел IV). Здесь мы только напомним, что ядерная оболочка состоит из двух липопротеидных мембран, разделенных перинуклеарным пространством. Внешняя ядерная мембрана гра­ ничит с собственно цитоплазмой клетки, внутренняя — с содержи­ мым ядра. Во многих местах на ядерной оболочке образуются стан­ дартной величины окончатые перфорации, заполненные сложной белковой структурой — комплексом ядерной поры.

То, что хроматиновый материал ядра часто тесно прилежит к ядерной оболочке, отмечено еще в классических цитологических описаниях (Белар, 1934, Вильсон, 1936; Данжар, 1950). При элек­ тронномикроскопических исследованиях также подчеркивается непосредственный контакт части хроматинового материала интер­ фазного ядра с внутренней мембраной ядерной оболочки (Gay, 1956; Davies, Small, 1968; Du Praw, 1968; Camings, Okada, 1970). To, что такое контактирование не является просто отображением пассивной пространственной связи между хроматином и ядерной оболочкой, показано в опытах с центрифугированием ядер. Так, Бреннер (Brenner, 1953) показал на уровне световой микроскопии, что после длительного центрифугирования часть хроматина остает­ ся на периферии в центрипетальной части ядра. Более подробно это явление было проанализировано с помощью электронного ми­ кроскопа (Beams, Mueller, 1970), и показано, что связь хроматина с внутренней ядерной мембраной не нарушается даже при ускоре­ нии до 150 тыс. g. В ядре при этом видны хроматиновые фибрил-

. лы, тянущиеся вдоль оси центрифугирования, причем скорее про­ исходит разрыв фибрилл, чем отделение их от оболочки. При этом большая часть хроматина и ядрышек осаждается в центрифугальной зоне, но всегда в центрипетальной части ядра на ядерной обо­ лочке остается узкий ободок связанного с ней хроматина. Анало­ гичные результаты получили Онищенко и Ченцов (1972). Так, при центрифугировании кусочков печени мыши и лягушки в изо­ тонических растворах в ядрах оседает основная масса конденсиро­ ванного хроматина и ядрышек, но в центрипетальной части ядра пристеночный периферический хроматин сохраняет связь с оболоч­ кой ядра даже при нагрузках до 130—220 тыс. g (табл. 8). Эта связь не нарушается и в гипотонических условиях, когда происхо­ дит полная деконденсация всего хроматина. Сходные данные полу­ чены при таком центрифугировании корешков Allium fistulosum.

В этом случае даже плотные теломерные хромоцентры, связанные с ядерной оболочкой, сохраняют свое пристеночное положение в центрипетальной части ядра. При этом под действием силы тяже­ сти часто происходит втягивание части ядерной оболочки, контак­ тирующей с хромоцентром, внутрь ядра. Сходные картины наблю­ даются и в профазных ядрах.

Эти наблюдения дают основание считать, что морфологическая картина контакта периферического хроматина с ядерной оболочкой отражает существование настоящей структурной связи между эти­ ми ядерными компонентами. Более подробный анализ свойств са­ мой периферической части пристеночного хроматина позволяет приблизиться к пониманию природы этой структурной связи.

В серии работ Дэвиса и сотр. (Davies, 1968; Davies, Small, 1968; Everid et al., 1970) изучалась структура пристеночного кон­ денсированного хроматина на многих клетках животных. Во всех случаях обнаружена регулярная упаковка самого периферическо­ го слоя хроматина, граничащего с внутренней ядерной мембраной. Авторы наблюдали слой, состоящий из электронноплотных лент и гранул, отделенный от внутренней ядерной мембраны и остально­ го хроматина слоями меньшей электронной плотности. Толщина такого трехслойного комплекса довольно стандартна для разных клеток и равна 300—500 А. Предполагается, что электронноплот­ ные ленты представляют собой цилиндрическую нить, которая на срезах может выглядеть в виде коротких отрезков, параллельных линий, гранул. Авторы склонны думать, что описываемая струк­ тура в конечном итоге имеет форму короткой палочки, и называют ее структурной единицей гетерохроматина.

Этот слой периферического гетерохроматина особенно хорошо выявляется в ядрах в гипотонических условиях (Brinkley, 1967). Бартон и др. (Barton et al., 1971) показали, что если выделенные ядра обрабатывать 0,5%-ным раствором детергента «Тритон X- 100», то ядерная оболочка полностью исчезает, что подтверждает­ ся перманганатной фиксацией! таких обработанных ядер. При этом на периферии ядра четко выявляется слой гранул перифериче­ ского хроматина. Интересно, что свежие нефиксированные ядра после обработки этим детергентом, несмотря на полное отсутствие ядерной оболочки, не теряют своей целостности и формы, что, повидимому, обеспечивается наличием этого хроматинового слоя. Та­ кой гранулярный слой выявляется во всех участках, где хроматин контактирует с ядерной оболочкой (табл. 9). Он обнаруживает­ ся в зоне контакта Х-хромосомы с ядерной оболочкой в клетках печени кошки, в зоне теломерных хромоцентров в клетках Allium fistulosum (Онищенко, Ченцов, 1972). В клетках на стадии профа­ зы он выявляется только в местах контакта участков хромосом с ядерной оболочкой; места, свободные на этой стадии от хроматина, не имеют такого гранулярного слоя. В ядрах слюнных желез уча­