Введение к работе
Актуальность проблемы
Микротрубочки (МТ) как компонент цитоскелета животных клеток выполняют ряд важнейших функций, связанных с поддержанием формы клетки, клеточным транспортом, правильным расположением органелл в цитоплазме, а также участвуют в расхождении хромосом в митозе и в цитокинезе (Alberts et al., 1994). Для выполнения всех этих функций МТ должны быть специальным образом организованы. На протяжение многих лет распространенным было мнение о том, что центросома является той единственной органеллой в клетке, которая нуклеирует и организует МТ - своими минус концами МТ закреплены на центросоме, а плюс концы расположены на периферии клетки и таким образом формируется привычная взгляду исследователя радиальная система (Brinkley et al., 1980). Однако в последнее время в литературе накопилось достаточно данных, свидетельствующих о том, что описанная схема не является универсальной, в частности, не все МТ закреплены на центросоме своими минус концами (Алиева, Воробьев, 1989; Alieva et al., 1992; Vorobjev et. al 1997, Waterman-Storer, Salmon, 1997; Keating, Borisy, 1999). В настоящее время известны способы образования свободных МТ, также известно, что в некоторых клетках они обладают динамикой, отличной от динамики связанных с центросомой МТ, и могут самоорганизовываться в отсутствии центросомы (Keating, Borrisy, 1999; Rbdionov et al., 1999; Vorobjev et al., 2002). Если принять тот факт, что в клетке существуют две системы МТ, то становится непонятно, как же удается клетке сохранять радиальную систему МТ, видимую в световой микроскоп, и как могут взаимодействовать друг с другом МТ этих двух систем. Не ясно и то, как ни с чем не связанные, отдельно расположенные свободные МТ могут участвовать в клеточном движении, поддержании клеточной формы и внутриклеточном транспорте.
Поскольку работы, посвященные вопросу происхождения свободных МТ и их роли в клетке, появились в литературе только в последние годы, вопрос о том, являются ли свободные МТ в клетке правилом или же исключением, до сих пор не решен.
В данной работе показано наличие в клетке с видимой радиальной сетью большого числа свободных МТ. Исследована динамика восстановления свободных и центросомальных МТ после разрушения сети МТ с помощью различных воздействий. Предложена модель двухфазного восстановления сети МТ после их полной деполимеризации. Свободные и центросомальные МТ были изучены с функциональной точки зрения - участие во внутриклеточном транспорте и поддержании формы клетки, а также с позиций их свойств -
РОО,,НАЦИОНАЛЬНАЯ і
СПспИюг /л. / \
OB MoyWj / I
динамические характеристики свободных и центросомальных МТ во внутренней цитоплазме клетки.
Цели работы
Целью данной работы было с помощью различных методических подходов изучить свободные и связанные с центросомой МТ, их количество в клетке с видимой радиальной сетью, их участие во внутриклеточном транспорте и различия в динамических характеристиках.
В ходе данной работы были поставлены следующие задачи:
1. Оценить долю свободных и центросомальных МТ в клетках с видимой
радиальной сетью на электронномикроскопическом и световом уровнях.
Проанализировать динамику восстановления свободных и центросомальных МТ после разрушения сети МТ с помощью холода и нокодазола.
Сравнить динамические характеристики МТ, растущих непосредственно от центросомы, и МТ, с центросомой не связанных.
Сравнить центросомальные и свободные МТ с функциональной точки зрения -участия во внутриклеточном транспорте и поддержании формы клетки.
Научная новизна и практическая ценность работы
Результаты данного исследования имеют теоретическое научное значение, так как способствуют более глубокому пониманию того, как устроена и функционирует система МТ в животных клетках.
В работе впервые продемонстрировано, что большую долю МТ в клетках VERO составляют свободные, не связанные с центросомой МТ. С помощью различных методических подходов (электронная микроскопия, иммунофлуоресцентная микроскопия, анализ треков сальтаторных движений частиц вдоль МТ в живых клетках) были получены данные, свидетельствующие о том, что МТ в клетках VERO в основной своей массе короткие и лишь небольшой процент составляют МТ длиной до 20 мкм. Проведен анализ параметров динамической нестабильности связанных с центросомой и свободных МТ, и показано, что поведение плюс конца центросомальной МТ не отличается от поведения плюс конца свободной МТ. В работе предложена модель двухфазного восстановления системы МТ после их полной деполимеризации. Впервые показано, что на первом этапе восстанавливаются преимущественно МТ, связанные с центросомой. На более поздних сроках происходит восстановление свободных МТ, с центросомой не связанных.
Практическая значимость работы связана с расширением наших представлений о строении и функциях цитоскелета клетки в целом и системы МТ, как одного из компонентов цитоскелета. Исследование проблем функционирования сложно организованной системы цитоплазматических МТ крайне важно не только с точки зрения фундаментальной биологии, но и - в перспективе - сточки зрения практической медицины.
Апробация работы
Диссертация была апробирована на заседании кафедры цитологии Биологического факультета МГУ 13 ноября 2003 года. Результаты работы были представлены на научных конференциях: "14,h Meeting ofthe European Cytoskeletal Foram", Португалия, 1999; "The American society for cell biology 39th meeting", Вашингтон, США 1999; "Цитоскелет и клеточная регуляция" Пущино, Россия, 2000; "The 15th meeting ofthe European Cytoskeleton Forum", Бланкенберг, Бельгия, 2000; Всеросийское совещание "Клеточная биология на пороге XXI века" Санкт-Петербург, Россия, 2000; "The American society for cell biology 42nd meeting", Сан-Франциско, США, 2002; "Съезд общества клеточной биологии" Санкт-Петербург, Россия, 2003; "The American society for cell biology 43rd meeting", Сан-Франциско, США, 2003; "3rd International Meeting & Workshop on Advanced Light Microscopy", Barcelona, Spain. June 11-13,2003.
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ.
Структура работы
