Интерфазное ядро

Ядро в целом поляризовано: центромеры находятся на одном конце, а теломеры – на другом, отражая распределение хромосом в поздней анафазе.

Во-вторых, хромосомы не перепутаны между собой, каждая занимает свое пространство в ядре. В третьих, хромосомы контактируют с определенными участками ядерной оболочки. В целом расположение хромосом в интерфазе повторяет их расположение в митотическом ядре.

Пространственная локализация хромосомы в интерфазе играет важную роль в регуляции генов и их взаимодействии.

Митоз

Митоз – уникальное событие, когда происходит дезинтеграция оболочки ядра, исчезает ядрышко, а хроматин конденсируется до состояния хромосом. В результате митоза образуются два новых ядра, каждое – со своей оболочкой и ядрышком. Во время митоза между дочерними клетками должны разделиться все органоиды, а не только наследственный материал.

В период G2 завершены репликация ДНК и удвоение ядерных пор, ЭПР представлен цистернами и трубочками.

В профазе митоза происходит спирализация хромосом. Как правило, дезинтегрегация ядерной оболочки означает конец профазы митоза. Нужно отметить, что дезинтеграция ядерной оболочки – не всеобщее явление. Некоторые одноклеточные эукариоты (дрожжи, в частности) претерпевают т.н. «закрытый» митоз, без разрушения ядерной оболочки. У них сначала расходятся хромосомы, а потом делится ядро. У более высокоорганизованных эукариот митозы открытые, - происходит распад ядерной оболочки и последующее формирование новой.

Дезинтеграция ядерной оболочки: сначала распадаются ядерные поры, внешняя мембрана – мембрана ЭПР, она остается в составе ЭПР. Фрагменты внутренней мембраны присоединяются к трубочкам ЭПР, это доказано на уровне белков, именно к трубочкам. Таким образом, ядерная оболочка исчезает, остаются трубочки ЭПР, которые на ультратонких срезах выглядят в основном пузырьками.

Ядерная пластинка деполимеризуется. Наиболее понятен последний процесс. Ядерная пластинка образована фибриллярными белками ламинами, которые соединены в сеть. Процесс соединения связан с фосфорилированием молекул. При деполимеризации связи распадаются.

Поровые комплексы диссоциируют на отдельные субъединицы. Компоненты ядерных пор диспергированы в цитоплазме, кроме трех трансмембранных нуклеопоринов, которые вместе с другими белками ядерной оболочки встраиваются в ЭПР.

В профазе митоза ядерные поры «разобраны», ядерная оболочка интегрируется в ЭПР, ЭПР представлен трубочками. Центриоли локализуются у ядерной оболочки, микротрубочки участвуют в разрушении ЯО.

В прометафазе завершается компактизация хромосом, идет их пространственная организация в метафазную пластинку. Часть компонентов ядерных пор связывается с кинетохором и формируется веретено. На этой стадии вокруг хромосом нет мембран.

Метафаза: хромосомы выстраиваются по экватору клетки, хорошо видно митотическое веретено. Разделение хромосом.

Анафаза: расхождение хромосом при помощи микротрубочек митотического веретена.

Трубочки ЭПР ассоциируют с хроматином и нуклеопоринами, связанными с хроматином.

В эту стадию вовлечены мелкие ГТФазы Ran и фосфатазы. Из ЭПР рекрутируются мембранные трубочки и белки ядерной оболочки к хроматину, формируется ЯО.

На этой стадии большинство белков ядерной оболочки покидает ЭПР.

Поздняя анафаза/ранняя телофаза: формируется замкнутая ядерная оболочка с порами. Как только поры завершают формирование и становятся способны к транспорту, начинается рост ядерной оболочки, клетка переходит к периоду G1.

Конденсация хроматина и образование хромосом – другой важный процесс, происходящий во время митоза. Параллельно с образованием хромосом исчезает ядрышко. Несмотря на фундаментальное значение конденсации хромосом, его механизмы до конца не поняты.

Расхождение хромосом обеспечивается их перемещением посредством микротрубочек, образующих митотическое веретено.

Сборка ядерной оболочки – сложный процесс. Показано, что белки внутренней мембраны, находящиеся в трубочках ЭПР, специфические связываются с белками хроматина, и таким образом выстраиваются вокруг хромосом. Таким образом восстанавливается внутренняя мембрана оболочки ядра, и в связи с ней собираются ядерные поры. Сложнее представить процесс формирования наружной мембраны, для этого пока недостаточно данных. Критическим считают формирование именно внутреннего листка, которое поддерживается порами, а пор в оболочке ядра эукариотических клеток тысячи. Тем не менее, есть данные, что ядерная оболочка формируется после митоза только при наличии в клетке «нормального» ЭПР. Сборка ядерных пор и формирование ядерной оболочки координированы и инициируется нуклеопоринами, связанными с хроматином.

Телофаза: завершение образования ядерной оболочки, цитокинез.

Следует отметить, что число ядерных пор удваивается в интерфазе.

Формирование ядерной оболочки происходит очень быстро и является сложным процессом, который до конца не понят.

Вольты

С ядерными порами связаны сравнительно недавно (1986 г.) открытые в клетках эукариот структуры – Vaults (вольты). Они были обнаружены при изучении фракций опушенных пузырьков методом негативного контрастирования.

Вольты имеют веретеновидную форму, тонкую (20 А) стенку (полые внутри). Название «Vaults» получили из-за сходства с куполом собора, которое усмотрели исследователи. Вольты локализуются в цитоплазме клеток в значительном количестве (около 10 000 на клетку у млекопитающих), перемещаются путем диффузии. Показана связь вольтов с поровыми комплексами ядра. Есть точка зрения, основанная на экспериментальных данных, что центральная пробка пор представлена именно вольтами.

Вольты являются самыми крупными рибонуклеиновыми структурами клеток, найденными на сегодняшний день, их размеры около 40 х 70 нм. Вольты имеют три белка. Основной компонент вольтов – основной белок (MVP) 110 кДа, есть еще два минорных белка: 193 кДа поли(АДФ-рибоза) полимераза (vPARP), и белок, связанный с теломеразой, 240 кДа (TEP-1). Интересным является то, что белок р240 вольтов идентичен связанному с теломеразой белку 1 (ТЕР1), т.е., данный белок входит в оба рибонуклеопротеиновых комплекса – и в вольты, и в теломеразный комплекс. Этот белок связывает РНК вольтов и необходим для обеспечения стабильности вольтов в целом. В состав вольтов входит также, как минимум, одна маленькая нетранслируемая РНК. Полагают, что РНК вольтов имеет скорее функциональное значение, нежели несет структурные функции.

Функции вольтов точно не установлены, однако их локализация в клетке позволяет полагать участие этих структур в процессах внутриклеточного транспорта, в том числе – между ядром и цитоплазмой. Полагают, что вольты участвуют в транспортных механизмах, передаче сигналов и развитии иммунного ответа. Вольты считают также прогностическими маркерами многих видов рака. Есть данные, что основной белок вольтов связан с множественной лекарственной устойчивостью, и уровень его экспрессии является прогностическим для клинического исхода после химиотерапии различных опухолей. Есть данные, что уровень экспрессии основного белка вольтов является полезным прогностическим маркером устойчивости к радиотерапии. Недавно были опубликованы данные о связи основного белка вольтов и самих вольтов, соответственно, с инсулино-подобным фактором роста-1, индуцируемым гипоксией фактором -1 альфа, и двумя механизмами репарации ДНК (non-homologous endjoining and homologous recombination).

При изучении репродукции листерии было обнаружено, что она захватывает оснвоной белок вольтов и таким образом предотвращает развитие аутофагоцитоза.

Увеличение содержания вольтов показано при отравлении клеток ксенобиотиками, полагают, что вольты участвуют в процессах «очистки» клеток, выбрасывая «отраву» наружу.

Большое количество вольтов выявляется в раковых клетках и клетках, обладающих множественной лекарственной устойчивостью.

Опубликовано много работ, посвященных изучению макромолекулярной организации вольтов, их структура достаточно хорошо изучена с помощью электронной микроскопии и томографии. Разработаны рекомбинантные системы, позволяющие получать препараты вольтов. Проводятся исследования по использованию вольтов в качестве доставщиков лекарственных препаратов, - по структуре вольты являются естественными нанокапсулами.

Поиск по сайту: