Введение к работе
Актуальность проблемы. Многоядерные клетки встречаются как в нормальных тканях растений и животных, так и при ряде патологических процессов, например, при опухолевом росте и воспалении. Для экспериментальной индукции многоядерности в настоящее время используют различные агенты, нарушающие прохождение цитокинеза в клетках, а также метод клеточной гибридизации, в основе которого лежит спонтанное или искусственно вызванное слияние клеток с образованием клеточного гибрида.
Наряду с объединением геномов, при слиянии происходит перемешивание мембранных органепл и объединение всех элементов цитоскелета. Цитоскелет представляет собой совокупность белковых фибриллярных структур, ответственных за пространственную организацию клетки. За счет основных компонентов цитоскелета - микротрубочек, промежуточных филаментов и микро-филаментов - клетка осуществляет такие процессы, как движение, прикрепление к субстрату, поддержание формы, эндо- и эк-зоцитоз, внутриклеточный транспорт органелл и закрепление их в цитоплазме, формирование митотического веретена и цитокинез.
Существует ряд работ, посвященных участию отдельных элементов цитоскелета в процессе слияния и их организации в по-ликарионах различного происхождения (Wang et al., 1979; Лясс, 1986; Zheng, Chang, 1991; Онищенко, Петращук, 1994а). Однако ни в одной работе не изучалась динамика становления единой цитоскелетной системы поликариона. Неясно, какие изменения претерпевают отдельные элементы цитоскелета в поликарионах, образовавшихся в результате слияния, с момента слияния до митоза, т.е. в ходе жизненного цикла многоядерной клетки.
Известно, что в одноядерных клетках вблизи ядра располагается структура, получившая название клеточного центра. Понятие клеточного центра иногда отождествляется с понятием "центросома" (Mazia, 1984), однако показано, что в центре клетки, помимо центриолей и перицентриолярного материала, содержатся такие мембранные органеллы, как комплекс Гольджи и пузырьки, происходящие из него (Thyberg, Moskalewski, 1985).
В литературе нет данных о том, существует ли в многоядерной клетке структура, соответствующая клеточному центру одноядерных клеток. В некоторых работах рассматривается пове-дени в многоядерных клетках отдельных элементов, входящих в состав клеточного центра. Известно, что в одних поликарионах происходит объединение центриолей и центров организации мик-
-2.-.
ротрубочек (ЦОМТ) слившихся клеток, но в других такого объединения не наблюдается (Matthews et al., 1967; Watt et al., 1980; Tassin et al., 1985a; Онищенко, Петращук, 19946). Для некоторых многоядерных клеток показано перемешивание элементов комплекса Гольджи и лизосомных белков (Ktistakia et al., 1990; Storrie et al., 1990). Однако, неясно, на каком этапе жизненного цикла поликарионов происходит объединение орга-нелл, входящих в состав клеточного центра, связано ли его возникновение, с преобразованиями элементов цитоскелета и изменяется ли его состояние в жизненном цикле поликариона.
Известно, что все компоненты цитоскелета тесно взаимосвязаны. (Griffіth, Pollard, 1978; Lemerrier et al, 1982; Stei-nert, Roop, 1988). Нарушая организацию одного из цитоскелет-ных компонентов, возможно изменить и распределение двух других компонентов. Так, разборка микрофиламентов цитохалазином В вызывает, с одной стороны, перераспределение промежуточных филаментов (Wolf, Mullins, 1985), с другой стороны, увеличение числа микротрубочек, отходящих от центросомы (Онищенко, 1993). Возникает вопрос, скажется ли обработка поликарионов цитохалазином В на процессе реорганизации в них цитоскелета.
Вместе с тем, согласно данным литературы, перемещение внутриклеточных органелл, входящих в состав клеточного центра, определяется различными компонентами цитоскелета (Wang et al . ,. 1979; Thyberg, Moskalewski , 1985; Eckert, 1986; Kuznet-sov et al., 1992). Следовательно, обработка клеток цитохалазином В может повлиять не только на организацию цитоскелета многоядерной клетки, но и на судьбу ее клеточного центра.
Цель и основные задачи работы. Целью данной работы явилось изучение этапов формирования клеточного центра в многоядерных клетках, возникших в результате слияния; выявление тех преобразований цитоскелета, которыми сопровождается формирование единого клеточного центра, а также изучение поведения мембранных органелл (ядер и лизосом), тесно связанных с клеточным центром. В настоящей работе были поставлены следующие конкретные задачи:
1. Исследовать в многоядерных клетках в период между слиянием и началом первых митозов, т.е. в течение жизненного цикла поликариона:
организацию микротрубочек и виментиновых филаментов;
организацию центриолярного аппарата;
распределение ядер;
организацию комплекса Гольджи;
распределение лизОсом.
2. Исследовать влияние цитохалазина В на процесс формирования единого клеточного центра и характер реорганизации цитоскелета в жизненном цикле поликарионов.
Научная новизна результатов исследования. В настоящей работе впервые детально описана динамика преобразований клеточного центра и различных элементов цитоскелета (микротрубо-чек и промежуточных филаментов) в жизненном цикле поликарио-на. Охарактеризовано поведение мембранных органелл, входящих в состав клеточного центра или тесно связанных с ним (ядра, Комплекс Гольджи и лизосомы). Впервые установлено, что в жизненном цикле поликарионов объединенная центросома дважды становится активной в качестве ЦОМТ и однократно в качестве центра организации промежуточных филаментов (ЦОПФ). Это означает, что клеточный центр поликариона в разные периоды жизненного цикла имеет не только различную структуру, но и разные функциональные свойства.
Показано, что обработка поликарионов цитохалазином В, разрушающим актиновый компонент цитоскелета, вызывает, во-первых, перестройку других элементов цитоскелета, во-вторых, влияет на динамику формирования единого клеточного центра и характер его функционирования, инактивируя центросому в качестве ЦОПФ.
Научно-практическое значение работы. Теоретическое значение работы заключается в установлении взаимосвязи между преобразованиями цитоскелета и изменениями в локализации мембранных органелл, приводящими к формированию единого клеточного центра многоядерной клетки.
Результаты работы могут быть использованы при исследовании взаимодействий между различными компонентами цитоскелета, а также между цитоскелетом и различными мембранными органел-лами; при изучении процессов активации в клетках центра организации промежуточных филаментов (ЦОПФ); при анализе цитоскелета многоядерных клеток, образующихся при различных формах патологии; при изучении процесса митотического деления поликарионов, образовавшихся в результате слияния, в норме и при разрушении в них микрофиламентов, а также для исследования структурной организации потомков таких многоядерных клеток.
Практическое применение результаты работы могут найти при исследовании поликарионов, возникающих в тканях в ходе
- 4 -различных патологических процессов, таких как воспаление, опухолевый рост, вирусные и другие виды инфекций. Результаты работы показывают, что единый клеточный центр возникает в по-ликарионах, жизненный цикл которых завершается митозом. Поэтому присутствие в поликарионах активно функционирующего клеточного центра может служить косвенным свидетельством проли-феративных возможностей поликарионов, обнаруживаемых при разных формах патологии.
Апробация работы. Результаты работы были представлены на конференции молодых ученых России, посвященной 50-летию Ака1 демии медицинских наук (1994); на международном симпозиуме "Биологическая подвижность" (Пущино, 1994); на 4-м Европейском конгрессе по клеточной биологии (Прага, 1994); на заседании кафедры цитологии и гистологии Биофака МГУ.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на <л(- I машинописных страницах и, состоит из следующих глав: введение, обзор литературы, материалы и методы, результаты, обсуждение, выводы. Иллюстративный материал представлен 2 таб-лицами и 47 рисунками. Список литературы включает "-'^ работ на русском языке и 1_15-работы на иностранных языках. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ