» » Запаздывающая хромосома

Запаздывающая хромосома

Запаздывающая хромосома

На этом фото вы видите первое деление оплодотворенной яйцеклетки (зиготы) пурпурного стронгилоцентротуса (Strongylocentrotus purpuratus) — морского ежа, обитающего вдоль североамериканских берегов Тихого океана. Клетка переходит из метафазы, когда хромосомы выстроены на экваторе клетки, в анафазу, когда две идентичные половинки хромосом — хроматиды (окрашены голубым) — расходятся к разным полюсам клетки и становятся дочерними хромосомами. Помогают процессу микротрубочки из белка тубулина (окрашен оранжевым цветом), по периферии клетки находится фосфорилированный белок миозин (окрашен зеленым). Фотография получена с помощью лазерного сканирующего конфокального микроскопа.

Но с точки зрения судьбы этого эмбриона на фотографии запечатлена надвигающаяся катастрофа. Как и при делении большинства других клеток, при делении зиготы должны получиться две идентичные клетки. Они получат всего поровну: одинаковое количество цитоплазмы с запасом питательных веществ, органелл (например, митохондрий) и, конечно же, генетического материала, заключенного в хромосомы. Здесь же ровно в середине клетки хромосома, которая направляется в дочернюю клетку, кажется, запаздывает и может не успеть на место назначения.

После оплодотворения яйцеклетка (став уже зиготой) делится несколько раз на равные по объему клетки. При этом общий объем клеток не меняется. Этот процесс называется дроблением. Каждый раунд дробления — результат двух явлений: кариокинеза (деления ядра) и цитокинеза (деления самой клетки). Оба невозможны без цитоскелета (см. картинку дня Раскрашенный цитоскелет), который состоит из микротрубочек, микрофиламентов и промежуточных филаментов.

Микротрубочки — главные участники кариокинеза. Они состоят из белка тубулина, который полимеризуется в трубчатую структуру. С одной стороны, она очень жесткая, а, с другой стороны, у нее есть интересное свойство — динамическая нестабильность (см. статью Динамические микротрубочки: от экспериментов к моделям). Длина микротрубочки может попеременно увеличиваться и уменьшаться за счет присоединяющихся или отсоединяющихся димеров тубулина. При этом в одних и тех же условиях часть микротрубочек растет, а часть — укорачивается. Растущий конец микротрубочки называют плюс-концом. Укорачиваться микротрубочка может как с него, так и с противоположного минус-конца. В неделящейся клетке микротрубочки — своего рода рельсы, по которым с помощью моторных белков передвигаются пузырьки с синтезированными белками и другими молекулами или даже целыми органеллами. При делении клетки микротрубочки берут на себя и распределение генетического материала между дочерними клетками.

Если микротрубочки — это транспортные пути, то центросома — начальник транспортного узла. Эта органелла, сама состоящая из микротрубочек и периферического матрикса, ориентирует микротрубочки так, что их минус-концы связаны с центросомой, а плюс-концы торчат наружу.


Запаздывающая хромосома

Структура и организация микротрубочек. A. Микротрубочки состоят из 13 протофиламентов из димеров ?- и ?-тубулина, уложенных по окружности полого цилиндра. Микротрубочки закреплены минус-концами в области центра организации микротрубочек (MTOC) с помощью ?-тубулина. B. Микротрубочки образуют динамические сети в цитоплазме (Cytoplasm), которые взаимодействуют с центром организации микротрубочек и аппаратом Гольджи (Golgi). Nucleus — ядро, ER — эндоплазматический ретикулум, centrosomal microtubules — центросомные микротрубочки, non-centrosomal microtubules — нецентросомные микротрубочки. Рисунок из статьи C. Simpson, Y. Yamauchi, 2020. Microtubules in influenza virus entry and egress


Что же происходит при делении зиготы морского ежа? В яйцеклетке морского ежа центросома отсутствует, ее при оплодотворении приносит сперматозоид. После этого центросома удваивается и организует микротрубочки так, чтобы пронуклеусы яйцеклетки и сперматозоида двигались навстречу друг другу и в итоге слились. Затем удвоенные центросомы расходятся по полюсам зиготы, чтобы скоординировать ее первое деление.

На верхнем фото вы видите пучки микротрубочек, которые расходятся от двух центросом на полюсах клетки. Микротрубочки, которые направлены от центросомы к поверхности клетки, называются астральными, они помогают правильно расположить центросомы и затем наметить плоскость, по которой клетка будет делиться.

По направлению к центру клетки тянутся два вида микротрубочек. Первые соединяются с хромосомами через структуру, которая называется кинетохор. Чтобы найти кинетохор, микротрубочки собираются и разбираются, зондируя пространство, пока не упрутся в цель. Для того чтобы сестринские хроматиды разделились правильно, микротрубочкам нужно подойти к кинетохору с противоположных сторон. Это не обязательно происходит одномоментно, но обычно разделение хроматид не начинается, пока все кинетохоры не будут соединены с микротрубочками, а хромосомы не выстроены ровно посередине клетки (это происходит на стадии метафазы).

Второй тип микротрубочек — межполюсные. Они не взаимодействуют с кинетохорами, но их плюс-концы взаимодействуют с плюс-концами микротрубочек с противоположной стороны. Вся конструкция из центросом, микротрубочек и хромосом называется веретеном деления.


Запаздывающая хромосома

Строение веретена деления в животной клетке. Рисунок с сайта ru.wikipedia.org


Разделение хроматид между двумя дочерними клетками проходит в два этапа. Сначала укорачиваются кинетохорные микротрубочки. Затем удлиняются межполюсные микротрубочки. При этом моторные белки, которые движутся к плюс-концам микротрубочек, заставляют их скользить в противоположные стороны. Полюса клетки раздвигаются, и прикрепленные трубочки медленно движутся за ними.

Тем временем клетка уже готовится к тому, чтобы разделиться на две. В этом участвуют другие элементы цитоскелета — микрофиламенты, которые состоят из белка актина, и филаменты, состоящие из белка миозина. Эти белки больше известны как белки, ответственные за сокращение мышцы. В делящейся клетке актин и одна из форм миозина — миозин II (см. Myosin II) — выполняют похожую функцию. Сокращаясь, они пережимают клетку ровно в той плоскости, где раньше (в метафазе) выстраивались хромосомы, образуя борозду дробления (см. Cleavage furrow).

Для того чтобы активировать миозин, одна из его субъединиц должна быть фосфорилирована (см. Protein phosphorylation). Это происходит примерно одновременно с началом расхождения хроматид. На верхнем фото зеленым окрашена именно активированная форма миозина II. По мере расхождения фосфорилированный миозин будет находиться всё ближе к той плоскости, по которой клетка разделится надвое.


Запаздывающая хромосома

Расположение фосфорилированных регуляторных цепей миозина в делящейся зиготе морского ежа Lytechinus pictus. На правых фото, где перекрываются изображения тубулина (Tubulin) и миозина (P-MRLC), зеленым цветом обозначен ?-тубулин, красным — фосфорилированные регуляторные цепи миозина. В метафазе (хромосомы выстроены в экваториальной плоскости клетки) фосфорилированный миозин распределен по всей внутренней стороне клеточной мембраны. По мере перехода в анафазу (фазу расхождения хроматид) и к цитокинезу фосфорилированный миозин чаще встречается на месте борозды дробления. Длина масштабного отрезка — 50 мкм. Изображение из статьи A. Lucero et al., 2006. A global, myosin light chain kinase-dependent increase in myosin II contractility accompanies the metaphase–anaphase transition in sea urchin eggs


Дробление, как и все клеточные процессы, состоит из множества этапов, а значит, не защищено от ошибок. Ошибки при дроблении одновременно и опасны, и встречаются чаще, чем мы думаем. Считается, что у человека 20–40% всех зачатий приводит к образованию анеуплоидных эмбрионов — эмбрионов с некратным числом хромосом. Чаще всего это происходит при образовании гамет. Однако и при делении зиготы могут образовываться клетки либо с одной лишней, либо с одной недостающей хромосомой. Конечно, мало кто изучает частоту, причины и последствия анеуплоидии у морских ежей, но изучать анеуплоидии у человека очень важно, так как их последствия могут быть очень серьезными. В результате ошибки в распределении хромосом при дроблении может родиться совершенно здоровый ребенок (так как на ранних этапах развития есть механизмы, которые убивают клетки с анеуплоидией), но та же ощибка может привести к выкидышу или, например, синдрому Дауна.

Почему же при дроблении так часто случаются ошибки? Во время этого процесса эмбрион может рассчитывать только на ресурсы от яйцеклетки. Геном пока еще не работает, а клеткам нужно провести сложную реорганизацию микротрубочек: сначала для слияния пронуклеусов, а затем, после перестройки, для распределения хроматид по дочерним клеткам. Кроме того, в делящихся клетках присутствует система контроля за правильным расхождением хроматид. Есть она и в делящейся зиготе, но, по-видимому, не такая чувствительная, как в других клетках.

Обязательно ли при делении этой клетки получится анеуплоид? Вовсе нет. При приготовлении этого препарата исследователь зафиксировал ее в одном моменте времени. Если бы клетка продолжила делиться, запаздывающая хромосома всё равно могла бы попасть по нужную сторону от борозды дробления. Но что было бы дальше — мы уже не узнаем.

фото © George von Dassow, Орегонский университет, с сайта twitter.com.

Екатерина Грачева

05 ноябрь 2020 /
  • Не нравится
  • 0
  • Нравится

Похожие новости

Ученые впервые омолодили человеческие клетки

Группа ученых из Стенфордского университета сумела впервые в истории омолодить клетки человека.

Клетки организма умеют «считать»

Общеизвестно, что наши тела насчитывают триллионы мельчайших клеток, каждая из которых выполняет свою уникальную функцию. Как сообщает портал phys.org, команда исследователей из Университета Джона

Т-клетка с химерным антигенным рецептором (CAR-T)

На этой иллюстрации показана борьба модифицированного Т-киллера с опухолью в ходе иммунотерапии острого лимфобластного лейкоза — CAR-T-терапии...

Искусственные эмбрионы моделируют самые ранние этапы развития зародышей млекопитающих

В мае в журнале Nature вышли две статьи, посвященные моделированию зародышей. Авторы первой из них сконструировали эмбрион из отдельных клеточных слоев, чтобы отследить их взаимодействие при

Чем отличаются друг от друга сперматозоиды?

Ученые сравнили геномы обычных клеток и сперматозоидов. Исследователи из Стэнфорда рассказали в журнале Cell, что им открылось после прочтения ДНК сперматозоида человека.Даже не специалист в научных

Сперматозоиды

Чем отличаются друг от друга сперматозоиды?
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Код:
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Введите код:
Популярные новости
Ответ на вопрос – зачем в древности был нужен и как использовался «Римский додекаэдр».Америка-2020 как АтлантидаВ группе Дятлова их было 12 по АПВЕРГИДуАмериканская компания Pfizer объявила о создании рабочей вакцины от коронавирусаПирамида Хеопса состоит из трёх пирамидНастоящий Монте-КристоЧем опасны идиоты?Хаббл заметил тень от сверхмассивной черной дыры в галактике IC 5063