Клеточный центр. Центросомы и центриоли

Клеточный центр зачастую является ЦОМТом, он может содержать, а может и не содержать центриоли.

Центросомы были открыты Флеммингом в 1875г. Центросомы характерны и обязательны для клеток животных. Могут содержать центриоли, обычно парные (диплосома) окруженные светлым пространством (собств. центросома) от которой радиально отходят тонкие фибриллы (центросфера).

В эпителиальных клетках центросомы определяют полярность клетки. В полиморфных лейкоцитах (нейтрофилах) лежат в подкововидном впячивании ядра. Наиболее часто в состав центросомы, кроме матрикса входят центриоли. Основу строения центриоли составляют расположенные по окружности 9 триплетов микротрубочек, образующие цилиндр 150нм диаметром и длиной 300-500нм. (есть центриоли длиной и в несколько микрон)

Первая микротрубочка триплета А-МТ 13 субъединиц, 5 нм толщиной. 2я и 3я (ВиС) МТ из 11 эл-тов. Триплет расположен под углом 40градусов. От А-МТ отходят выросты «ручки» одна (внешн) к С-МТ, одна (внутренн) к центру цилиндра. Обычно центриоли 2, они образуют диплосому. Относительно друг друга под 90градусов. Выделяют материнскую и дочернюю центриоли. Проксимальный конец дочерней как бы «смотрит» на поверхность материнской. На дистальном конце материнской располагаются придатки 9шт (аморфный материал), их нет на дочерней. Ими материнская центриоль крепится к мембране. От материнской центриоли отходят субдистальные придатки, они же сателлиты. В центральной части центриоли есть втулка.дочерняя центриоль почти не принимает участие в инициации и организации сборки. На проксимальном конце дочерней центриоли есть»колесо со спицами» в опухолевых и в материнской, но в норм. клетках только в дочерней. В клетках не менее 7 в-тов тубулина. Альфа, бета, дельта и эпсилан преобладает. Гамма только для инициации. Центросомные белки: центрин, гамма тубулин, перицентрин, центросомин, центрактин – конститутивные т.е. всегда есть. Есть белки-визитёры – POPA prophase originating polar antigen. Есть только во время митоза.

Центросомный цикл – на границе G1 и S фаз начинается удвоение центриолей образуется «колесо со спицами», образуется кольцо из синглетов МТ, затем дуплеты, затем триплеты. Формирование заканчивается к Митозу. Придатки у мат центриоли появл. К метафазе.

На всех стадиях митоза материнская центриоль окружена зоной тонких фибрилл – гало.

Функции центросомы – 1)Дупликация центриоли. 2) Заякоривание и Нуклеация МТ 3)Формирование ресничек и жгутиков 4) Ориентация Митотич веретена 5) Контроль клеточного цикла.

Мех-м образования Аксонемы. Сначала заклад базальное тельцо, идентичное центриоли, но к окончанию р-тия в основании уже стр-ра не похожая на центриоль. В своём основании аксонема имеет девять дублетов МТ. Кроме переферических в аксонеме расположено 2центр МТ. В дублетах А и В МТ. А-13эл-тов. В-11эл-тов. От А ручки к В соседнего дублета От А к центру спица, присоедин к центральной муфте головкой. В основании ресничек и жгутиков часто лежат исчерченные корешки – кинетодесмы- пучки 6нм фибрилл. Роль не известна. Не подверг. В-ю колхицина. За Дв-е отвечают ручки А-МТ в них динеины. Динеины двигают одну МТ относительно другой. Тогда ресничка изгибается.

Первичные реснички – не имеют 2х центр МТ, не способны к движению.

15. Митоз Клетки возникают в результате митоза Митоз идёт после репликации хромосом

Во время митоза хромосомы разделяются на две равные группы, после чего происходит разделение цитоплазмы

Выделяют 6 стадий митоза: Профаза, прометафаза, метефаза, анафаза, телофаза, цитокинез.

Ошибки в митозе ведут к серьёзным аномалиям, есть мех-мы, устраняющие эти ошибки

Цель митоза – равномерное распределение генетического материала между дочерними клетками

Две цитоскелетные структуры участвуют в разделении хромосом и цитоплазмы. Это биполярное веретено деления из МТ и контрактильное кольцо из актиновых фил-тов.

Постоянными для всех типов митоза структурами являются веретено деления, кинетохоры и клеточные центры.

Классификация митозов: Плевромитоз (закрытый) у простейших - не происходит разрушения ядерной оболочки, образуются полярные тельца неопределенной морфологии, и два полуверетена, соединенные хромосомами.

Ортомитоз. Бывает открытый (обычный митоз), полузакрытый и закрытый.

При полузакрытом ядерная оболочка сохраняется в течение всего митоза, на всех участках за исключением полюсов. В качестве ЦОМТ здесь могут выступать массы гранулярного материала, иногда и центриоли. Характерно для микронуклеуса инфузорий.

Открытый ортомитоз характерен для клеток животных, некоторых простейших и высших растений. Есть два типа – астральный и анастральный. (либо наличие центриолей, либо отсутствие)

Центромеры бывают голоцентрическими, когда хромосома связывается по всей длине (некоторые насекомые, нематоды, некоторые растения) и моноцентрическими, которые в свою очередь могут быть точечными (у некоторых дрожжей), соедин. только с одной МТ и зональными, где к сложному кинетохору подходит пучок МТ.

Зональные центромеры состоят из многократно повторяющихся CENлокусов, обогащенных участками конститутивного гетерохроматина, содержащую сателлитную ДНК, связанную с кинетохором.

Кинетохор, структура, сходноустроенная у всех эукариот. Это белковая структура, расположенная в зоне центромера. Это трехслойные структуры. Внутренний плотный слой, примыкающий к телу хромосомы, средний рыхлый слой, и внешний плотный слой. В общей форме имеют вид пластинок, лежащих в центромере. (у некоторых растений форма полусферы) Кинетохоры – сложные комплексы, где кроме специфической ДНК участвует более 200 белков, в т.ч. и СЕNР белки. В участке центромера, под кинетохором, расположен участок гетерохроматина, обогащенный альфа сателлитной ДНК. Здесь же СENP-B, который связывается с альфа-ДНК, МСАК – кинезинподобный белок, а также когезины. Во внутреннем слое кинетохора выявлены белки CENP-A – вариант гистона Н3, который, вероятно, связывается сCDE II участком ДНК, CENP-G, связывающийся с белками ядерного матрикса и CENP-C – консервативный белок с неизвестной пока функцией.

В среднем рыхлом слое обнаружен белок 3F3/2, который регистрирует натяжение пучков МТ.

Во внешнем плотном слое белк,И осуществл. Контроль прикрепления МТ - SPC-24,25 и CENP-E, CENP-F – связывание МТ. Кроме того здесь есть белки динеины. Функциональная роль кинетохора – организация движения по МТ, регуляция разъелинения хромосом.

По одной из моделей строения центромера предложено, что в интерфазе на специфических участках ДНК расположены субъеденицы кинетохора,содержащие все белки. По мере конденсации создаётся зона, обогащенная этими белковыми комплексами – кинетохор. Кинетохоры удваиваются в S периоде. Их белки присутствуют на хромосомах в течении всего жизненного цикла.

Подготовка генетического материала. В конденсации хромосом участвуют белки: конденсины (поступают в ядро до митоза, начинают работать при фосфорилировании), когезины (удерживают 2 нити(хроматиды) вместе до поздней профазы, там связь уже только в области центромерного участка, в анафазе и это соединение разрушается), белки SMC-3, SMC-1, SCC-1, SA-1.

Образуется веретено деления, состоящее из тубулина и МАРов. (для работы моторных белков нужна АТФ, но не энергия АТФ)

Основные события стадий митоза и S-фазы: Интерфаза – Репликация ДНК, удвоение хромосом, связывание сестринских хроматид когезинами.

Профаза – идёт конденсация хроматина в ядре, образуются нитчатые структуры. Отдельные фибриллярные центры, сливаясь, образуют ядрышковые организаторы. Большая часть ядрышковых белков диссоциирует и либо свободно «плавает» в цитоплазме либо связывается с поверхностью хромосом. Образуются зрелые кинетохоры. В самом начале идёт повышение активности фосфорилаз, модифицирующих гистоны, особенно Н1, интерфазные МТ разбираются, строятся новые, более динамичные (время полужизни их 15 сек). Идёт фосфорилирование ламинов А,В,С. АиС свободно «болтаются» в цитоплазме, В остается связанным с мембранными пузырьками. Активированные центросомы начинают расходится друг от друга на некоторое расстояние. Это расхождение происходит из-за взаимодействия МТ, на концах которых находятся олигомеры, состоящие из двух кинезинподобных (хромокинезины) моторных белков. Их легкие цепи связываются с МТ (МТ в роли карго) Олигомер может связать как параллельные, так и антипараллельные МТ. Одновременно с разборкой интерфазных МТ идёт и дезорганизация ЭПР и АГ, они распадаются на отдельные диктиосомы.

Прометафаза – Завершается разрушение ЯО. Начинается двтжение и перемещение хромосом. В начале,сразу после захвата МТ кинетохором происходит быстрое движении хромосомы по этой МТ в сторону её минус конца, это происходит за счёт наличия на кинетохоре динеинподобных моторных белков. Продолжается образование веретена, расхождение центросом к полюсам за счет хромокинезинов на межполюсных МТ. (т.н. конгрессия – они совершают поочередно дв-я то к одному,то к другому полюсу) Оказываясь около полюса хромосома связывается с новыми МТ и в рез-те их полимеризации начинает своё движение к полюсу. Также к полюсу её толкают МТ, не связывающиеся с ней, а просто утыкаются в тело и плечи хромосом. Плюс к ней присоединяются МТ от другого полюса, она становится биориентированной. (???Также её толкает к центру и +ориентированные хромокинезины,которые цепляют плечи хромосом в кач-ве карго???).

Начинается осцилляция (подрагивание) хромосом. Продолжается она и в метафазе и в анафазе, причем осциллируют как би-, так и моноориентированные хромосомы. По достижении определенного расстояния от полюса силы уравняются. Для движения хромосомы достаточно одной МТ

Метафаза – Число межполюсных МТ достигаерт максимума (это те, что антипараллельны и связываются между собой). Продолжается осцилляция. В клетках животных хромосомы располагаются так, что образуют «материнскую звезду» центромеры обращены к центру, а плечи к переферии. Заканчивается конгрессия, образуется метафазная пластинка. Все хромосомы до самого конца остаются связаны в центромерных участках. Идёт Flux (течение) тубулина. Этому подвержены лишь кинетохорные МТ. Одновременно идёт полимеризация на кинетохоре и деполимеризация на полюсе. Т.о. сменяется состав кинетохорных МТ. тот тубулин, что был около кинетохора двигается в сторону полюса.

Анафаза – начинается резко с разъединения всех хромосом сразу в центромерных участках. Это Cdc20 активирует APC/c комплекс, который активирует сепаразу, отрезая от неё секурин. Активная сепараза разрезает когезиновую связь в области центромера. Останавливается полимериация на кинетохоре, в рез-те чего хромосома подтягивается к полюсу.

Анафаза А – это разделение хромосом, их расхождение (при помощи динеина) и укорачивание кинетохорных МТ. Есть 2 модели прикрепления МТ к кинетохору. В области кинетохора идёт деполимеризация МТ со сдвигом (сдвиг из-за работы динеина)

Анафаза В – есть только в астральном типе митоза. Полюса начинают расталкиваться благодаря работе олигомеров кинезина на межполюсных МТ и удлинения этих МТ(собствено это и называют анафазой В). Также полюса растаскиваются благодаря динеину, связанномы с актином кортекса и прикрепившемуся к астральным МТ. Другие белки моторы препятствуют расталкиванию. Расхождение полюсов нужно для определения плоскости деления цитоплазмы.

По мере расхождения к полюсам хромосомы приобретаю V-образную форму, это происходит из-за столкновений плеч с МТ. Это также показывает, что именно за центромер хромосома тянется к полюсу.

Телофаза – начинается с остановки хромосом. Заканчивается началом реконструкции нового ядра и цитокинезом. Хромосомы, не меняя своей локализации начинают деконденсироваться и увеличиваться в объёме. В местах их контактов с мембранными пузырьками начинает строится новая ядерная оболочка. После замыкания оболочки начинается формирование ядрышек. В телофазе начинается и заканчивается процесс разборки МТ веретена. Он идёт от полюсов к экватору, где МТ сохраняются дольше (остаточное тельце) Одно из главных событий – цитокинез. Закладка контрактильного кольца происходит по экватору клетки, начинается она в поздней анафазе. Есть несколько гипотез об образовании контрактильного кольца. М.Б. по межполюсным МТ передается стимулир. Сигнал. (одна гипотеза), а м.б. что по астральным передается ингибирующий сигнал (вторая гипотеза) – ведь астральных МТ меньше всего в центре, значит там и будет образовано кольцо. Кольцо это состоит из МФ актина и коротких палочковидных молекул миозина II. После цитокинеза восстанавливаются ЭПР и АГ, начинается реконструкция интерфазного цитоскелета.

Была гипотеза «Search and capture» Она гласила, что те МТ, которые связаны с кинетохором стабильнее. В рез-те роста этой МТ кинетохор захватывает и МТ с другого полюса. Было посчитано, по этой модели время формирования веретена – 71чаС, а оно формируется за 10-15минут. Тогда модель подправили:

Хромосомы тоже участвуют в образовании веретена. Белок RAN-GTF – мощный центр нуклеации МТ. Он в основном локализован вблизи хромосом т.к. там есть RAN-GEF, который RAN-GDF=>RAN-GTF. В итоге от тела и плеч хромосом растут МТ. Эти МТ захватываются кинетохором т.к. их концы после нуклеации отсоедин от хромосомы, то кинетохор захватывает + концы. «–» конец такой МТ с динеином торчит в цитоплазму. При его вз-ии с «+» концом полюсной МТ динеин в качестве карго повезет МТ. (т.о. хромосома будет двигаться к полюсу). Веретено деления м.б. образовано вовсе без участия центриоли.

16. Регуляция клеточного цикла. контрольные точки регуляции клеточного цикла, ингибиторы CDK-циклиновых комплексов, р53. При получении гетерокарионов из интерфазных и митотических клеток в ядрах от интерфазных клеток начиналась конденсация хромосом или ПКХ, разрушалась ядерная оболочка. Причем если ядро было из G1 фазы, хромосомы были однонитчатые.

G1+G2=нет влияния

S+G1=синтезДНК

S+G2=нет влияния

M+G1/G2/S=M(ПКХ)

=>вывод, что есть фактор, стимулирующий митоз (MPF), активный только во время митоза.

Ооцит после репликации ДНК и короткой G2 переходит в мейотическую профазу1, за время которой ооцит дорастает до размера икринки. При спаривании выделяющийся прогестерон стимулирует переход из профазы в 1мейотическое деление., затем после короткой интерфазы наступает 2мейотическое деление, которое останавливается на метафазе. При оплодотворении происходит второе деление, ядро яйца и ядро спермия сливаются и получается диплоидная зигота.

Если часть цитоплазмы из ооцита на стадии метафазы 2 мейотического деления инъецировать а цитоплазму не стимулированного прогестероном ооцита, то он вступит в 1, а потом 2 деление мейоза. => есть фактор, стимулирующий созревание яйцеклетки (ФСС), что то же самое, что MPF.

MPF- гетеродимерный комплекс, состоящий из циклина и протеинкиназы Cdk (фермент-фосфорилаза, модифицирующий белки, перенося фосфатную группу от АТФ на серин и треонин). Две части – каталитическая (Cdk) и регуляторная (циклин).

Циклин постоянно синтезируется в течение эмбрионального цикла и резко разрушается при вступлении в анафазу.

У дрожжей один и тот же Cdk отвечает за прохождение клеточного цикла, но на разных стадиях взаимодействует с разными циклинами, характерными для каждой стадии цикла.

Для млекопитающих (всего 9 циклинов и 7Cdk):

G1: Cdk4-cyclinD/ Cdk6-cyclinD

G1-S: Cdk2-cyclinE – регулирует вступление в S-фазу.

S: Cdk2-cyclinA

G2: Cdk1-cyclinA/ Cdk1-cyclinB

Факторы роста (GF) – вещ-ва, побуждающие клетки к размножению (напр прогестерон). Бывают продуктами самих клеток (аутокринная стимуляция), соседних (паракринная) или клеток других органов (гормональная). Есть эпидермальный фр, фр нервов итп. Без него клетки переходят в G0. ФР связываются с рецепторами клеток, передают сигнал на систему каскада протеинкиназ, связанных с запуском клеточного цикла. Сначала активируются гены раннего ответа, белки которых индуцируют транскрипцию генов отложенного ответа, а также индуцируют синтез ряда циклинов и Cdk, которые отсутствовали в G0.

17. Клеточная смерть Причины клеточной гибели можно разделить на две категории: некроз и апоптоз (или программируемая клеточная смерть).

Некроз обычно связан с нарушением гомеостаза, нарушением проницаемости мембран -> необратимые изменения митохондрий. Ядра компактизируются (пикноз), хроматин распадается на мелкие массы (кариорексис), ядро растворяется (кариолизис). Клетка набухает за счет обводнения, цитоплазма закисляется, набухают и разрываются вакуолярные компоненты -> лизис клетки. Такой гибели подвергаются группы клеток, развивается воспалительная реакция.

ПКГ: апоптоз / аутофагия / программируемый некроз / альтернативные вар-ты (онкоз / пироптоз/каннибализм). Цель: убрать лишние, контроль численности, убрать поврежденные.

Апоптоз – гибель без химического или физического повреждения.Погибают клетки на всех стадиях онтогенеза (напр клетки эмбриона; хвост головастиков). Для начала апоптоза нужен сигнал (напр. фактор некроза опухоли - TNF) или отсутствие фактора (NGF – фактор роста нервов), также апоптоз может вызываться внешними факторами (радиация, токсины). Апоптоз вызывают необратимые повреждения ДНК, повреждения митохондрий, при которых цитохром с выходит в цитоплазму. Клетки теряют контакты, сморщиваются (сжимаются), происходит специфическая конденсация хроматина (полулунные части), ДНК режется на равные части (200 нукл. пар, потом до нуклеотидов), отделяются рибосомы от ГЭР, распад цитоскелета, активация каспаз, клетка и ядро фрагментируются на апоптические тельца, ограниченные плазматической мембраной, которые впоследствии фагоцитируются другими клетками. При апоптозе нарушается асимметрия плазм мембраны – на её пов-ти появляется фосфатидилсерин -> апоптотические клетки различаются макрофагами.

Аутофагия: отсутствие фрагментации, не деградирует ДНК до нуклеотидов, увеличивается число аутофагосом и уровень лизосомной активности, сохраняется цитоскелет(мкт), нет активности каспаз.

Программируемый некроз: нехватка АТФ -> не работают помпы, набухание, неспецифическая конденсация хроамтина, вакуолизация цитоплазмы, нарушение целостности мембраны, воспаление.

Клеточный каннибализм: клетка открепляется от матрикса с дальнейшей инвазией в другую клетку. Попавшая внутрь клетка «переваривается» своей соседкой.

Регулятором ПКС (каспазозависимый путь) у позвоночных является белок Bcl-2, который ингибирует адаптерный белок Apaf-1, стимулирующий каскад активации каспаз. Каспазы – протеиназы, расщепляющие белки по аспарагиновой к-те. Каспазы могут действовать на адгезионные структуры, ламины, цитоскелет, ферменты репарации ДНК, может расщеплять ДНК и т.п.

В присутствии трофических факторов белок Bad неактивен, в отсутствии он связывается с Bcl-2 и ингибирует его антиапоптозные св-ва. Активируется Bax, открывая путь ионам в митохондрию, из неё выходит цитохром с, который связывается с адаптерным белком Apaf-1, который активирует прокаспазу 9, которая запускает каскад других прокаспаз, в том числе каспазу 3 -> смерть клетки.

При необратимых повреждениях ДНК накапливается транскрипционный фактор р53, который не только ингибирует зависящую от циклина киназу и останавливает клеточный цикл в G1 или G2 фазе, но и активирует экспрессию гена bax, продукт которого запускает апоптоз.