Материал: В-Л-Быков-Цитогогия_и_общая_гистология

зультате еще более компактной укладки, формируют участки конденсированных хромосом, которые выявляются лишь при делении клеток.

Рис. 3-20 Уровни упаковки хроматина в ядре клетки. Двойная спираль ДНК образует нить диаметром 2 нм, которая намотана на блоки дисковидной формы - нуклеосомы (НС), входящие в состав нуклеосомной нити (НН) диаметром 11 нм. Скрученная НН образует хроматиновую фибриллу (ХФ) диаметром 30 нм, которая формирует петельные домены (ПД) диаметром 300 нм. Более плотно упакованные ПД образуют конденсированные участки хромосомы (КУХ) диаметром 700 нм, являющиеся частью метафазной хромосомы (ХС) размером около 1400 нм.

В хроматине ДНК связана помимо гистонов также и с негистоновыми белками, которые регулируют активность генов. Вместе с тем, и гистоны, ограничивая доступность ДНК для других ДНК-связывающих белков, могут участвовать в регуляции активности генов.

Функция хранения генетической информации в ядре в неизмененном виде имеет исключительно важное значение для нормальной жизнедеятельности клетки и всего организма. Подсчитано, что при репликации ДНК и в результате ее повреждений внешними факторами

- 81 -

в каждой клетке человека ежегодно происходят изменения 6 нуклеотидов. Возникшие повреждения молекул ДНК могут исправляться в результате процесса репарации или путем замещения после распознавания и маркировки соответствующего участка.

В случае невозможности репарации ДНК при слишком значительных повреждениях включается механизм запрограммированной гибели клетки (см. ниже). В этой ситуации "поведение" клетки можно оценить как своего рода "альтруистическое самоубийство": ценой своей гибели она спасает организм от возможных негативных последствий репликации и амплификации поврежденного генетического материала.

Способность к репарации ДНК у взрослого человека снижается примерно на 1% с каждым годом. Это снижение может отчасти объяснить, почему старение является фактором риска развития злокачественных заболеваний. Нарушения процессов репарации ДНК характерно для ряда наследственных болезней, при которых резко повышены как чувствительность к повреждающим факторам, так и частота развития злокачественных новообразований.

Функция реализации генетической информации в интерфазном ядре осуществляется непрерывно благодаря процессам транскрипции. Геном млекопитающих содержит около ЗхЮ9 нуклеотидов, однако не более 1% его объема кодирует важные белки и принимает участие в регуляции их синтеза. Функции основной некодируюшей части генома неизвестны.

При транскрипции ДНК образуется очень крупная молекула РНК (первичный транскрипт), которая связывается с ядернымн белками с образованием рибонуклеопротеинов (РНП). В первичном РНК-транскрипте (как и в матричной ДНК) имеются дискретные значащие последовательности нуклеотидов (экзоны), разделенные длинными некодирующими вставками (интронами). Процессинг РНК-транскрипта включает отщепление интронов и стыковку экзонов - сплайсинг (от англ. splicing

- сращивание). При этом очень крупная молекула РНК превращается в достаточно мелкие молекулы иРНК, отделяющиеся от связанных с ними белков при переносе в цитоплазму.

Ядрышко

Ядрышко образовано специализированными участками (петлями) хромосом, которые называются ядрышковыми организаторами. У человека такие участки имеются в пяти хромосомах - 13-й, 14-й, 15-й, 21-й и 22-й, где располагаются многочисленные копии генов, кодирующих рибосомальные РНК (рРНК). Ядрышко исчезает в профазе митоза, ког-

- 82 -

да ядрышковые организаторы "растаскиваются" в ходе конденсации соответствующих хромосом, вновь формируясь в телофазе.

Функции ядрышка заключаются в синтезе рРНК и ее сборке в предшественники рибосомальных субъединиц.

При транскрипции генов ядрышковых организаторов начально формируется очень крупная молекула предшественника рРНК, которая связывается с белками, синтезированными в цитоплазме и импортированными в ядро с образованием РНП. Далее предшественник расщепляется на 3 вида РНК, которые выявляются в рибосомах. Два из них соединяются с добавочными белковыми молекулами, образуя предшественники большой субъединицы рибосомы, третий формирует предшественник малой субъединицы. Предшественники рибосомальных субъеди-ниц далее по-отдельности транспортируются через ядерные поры в цито-плазму, где окончательно созревают.

Ядрышко выявляется в интерфазном ядре на светооптическом уровне как мелкая плотная гранула диаметром 1-3 мкм, интенсивно окрашивающаяся основными красителями. Оно располагается в центре ядра или эксцентрично, содержит высокие концентрации РНП. Размеры и число ядрышек увеличиваются при повышении функциональной активности клетки. Особенно крупные ядрышки характерны для эмбриональных и активно синтезирующих белки клеток, а также клеток быстрорастущих злокачественных опухолей.

Под электронным микроскопом в ядрышке обнаруживают три компонента

-фибриллярный, гранулярный и аморфный.

1.Фибриллярный компонент состоит из множества тонких (диаметром 5-8 нм) нитей и располагается преимущественно во внутренней части ядрышка. Он представлен преимущественно совокупностью первичных транскриптов рРНК.

2.Гранулярный компонент образован скоплением плотных частиц диаметром 10-20 нм, которые соответствуют наиболее зрелым предшественникам субъединиц рибосом.

3.Аморфный компонент, в отличие от первых двух, окрашивается бледно. Он содержит участки расположения ядрышковых организаторов (по некоторым данным, они сосредоточены в фибриллярном компоненте) со специфическими РНК-связывающими белками и крупными петлями ДНК, активно участвующими в транскрипции рибосомальной РНК.

Фибриллярный и гранулярный компоненты ядрышка образуют так называемую ядрышковую нить (нуклеолонему) толщиной 60-80 нм, которая в пределах ядрышка формирует широкопетлистую сеть, выделяющуюся большей плотностью на фоне менее плотного матрикса.

-83 -

Ядрышко окружено перинуклеолярным хроматином, небольшое количество хроматина проникает с периферии внутрь ядрышка (интрануклеолярный хроматин).

Кариоплазма

Кариоплазма (ядерный сок) - жидкий компонент ядра, в котором располагаются хроматин и ядрышко. Содержит воду и ряд растворенных и взвешенных в ней веществ: РНК, гликопротеинов, ионов, ферментов, метаболитов. Некоторые авторы разделяют понятия кариоплазмы и ядерного матрикса; к последнему помимо кариоплазмы относят также и кариоскелет, состоящий из ламины и фибриллярной сети, пронизывающей ядро.

КЛЕТОЧНЫЙ ЦИКЛ

Функция воспроизведения и передачи генетической информации

обеспечивается в ходе клеточного цикла.

Клеточный цикл - совокупность явлений между двумя последовательными делениями клетки или между ее образованием и гибелью. Клеточный цикл включает собственно митотическое деление и интерфазу - промежуток между делениями (рис. 3-21).

Рис. 3-21. Клеточный цикл.G1, S, G2, G0 - периоды интерфазы, М - митоз, D - гибель клетки.

Интерфаза

Интерфаза значительно более длительна, чем митоз (обычно занимает не менее 90% всего времени клеточного цикла) и подразделяется на три периода: пресинтетический или постмитотический (G1), синтетический (S) и постсинтетический или премитотический (G2).

- 84 -

1.Пресинтетический или постмитотический (G1) период (от англ. gap

-промежуток) наступает сразу же после митотического деления клетки и характеризуется активным ростом клетки и синтезом белка и РНК, благодаря чему клетка достигает нормальных размеров и восстанавливает необходимый набор органел. G1-период длится от нескольких часов до нескольких дней. В течение этого периода синтезируются особые "запускающие" белки (trigger proteins), или активаторы S-периода. Они обеспечивают достижение клеткой определенного порога (точки R - рестрикции или ограничения), после которого она вступает в S-период.

Контроль, осуществляемый на уровне точки R (при переходе из G1, в S), ограничивает возможность нерегулируемого размножения клеток. Проходя эту точку, клетка переключается на последующую рефляцию внутренними факторами клеточного никла, которая обеспечивает закономерное завершение ее деления.

Если клетка не достигает точки R, она выходит из цикла и вступает в период репродуктивного покоя (G0) для того, чтобы (в зависимости от причин остановки): (1) дифференцироваться и выполнять свои специфической функции,

(2) выжить в условиях недостаточности питательных веществ или факторов роста, (3) осуществить репарацию поврежденной ДНК. Клетки одних тканей при соответствующей стимуляции вновь способны возвращаться из периода (G0) в клеточный цикл, других - утрачивают эту способность по мере дифференцировки.

2.Синтетический (S-) период характеризуется удвоением со-держания (репликацией) ДНК и синтезом белков, в частности, гистонов, которые поступают в ядро из цитоплазмы и обеспечивают нуклеосомную упаковку вновь синтезированной ДНК. В результате происходит удвоение числа хромосом. Одновременно удваивается число центриолей. S-период длится у большинства клеток 8-12 часов.

3.Постсинтетический или премитотический (С2-) период следует за

S-периодом и продолжается вплоть до митоза (часто обозначаемого буквой М). В течение этого периода клетка осуществляет непосредственную подготовку к делению. Происходит созревание центриолей, запасается энергия, синтезируются РНК и белки (в частности, тубулин), необходимые для процесса деления. Длительность G2-периода составляет 2-4 часа. Возможность выхода клетки из G2-периода в G0-период с последующим возвращением в G2-период в настоящее время большинством авторов отрицается.

Контроль вступления клетки в митоз осуществляется двумя специальными факторами с противоположно направленными эффектами: митоз тормозится до момента завершения репликации ДНК М-задержи-

- 85 -