Деление клетки: амитоз, митоз. Биологический смысл митоза.
Каков биологический смысл митоза?
Митоз
Биологическое значение митоза состоит в строго одинаковом распределении хромосом между дочерними ядрами , что обеспечивает образование генетически идентичных дочерних клеток и сохраняет преемственность в ряду клеточных поколений [1]. Митотическое деление обеспечивает рост многоклеточных эукариот за счёт увеличения популяций клеток тканей. В результате митотического деления клеток меристем увеличивается количество клеток тканей растений. Дробление оплодотворённого яйца и рост большинства тканей у животных также происходит путём митотических делений [2]. На основании морфологических особенностей митоз условно подразделяется на стадии: Первые описания фаз митоза и установление их последовательности были предприняты в 70—х годах XIX века. Продолжительность митоза в среднем составляет 1—2 часа [1] [4]. Первые неполные описания, касающиеся поведения и изменения ядер в делящихся клетках, встречаются в работах учёных начала х годов. В работе русского ботаника Эдмунда Руссова , датируемой годом , отчётливо описаны и изображены метафазные и анафазные пластинки, состоящие из отдельных хромосом [7]. В его работе, в сущности, описаны и проиллюстрированы в правильной последовательности основные фазы митоза: В году московский ботаник И. Чистяков также наблюдал отдельные фазы клеточного деления в спорах плаунов и хвощей. Несмотря на первые успехи ни Руссову, ни Шнейдеру, ни Чистякову не удалось дать чёткое и последовательное описание митотического деления [9]. В году вышли работы, содержащие более детальные описания митозов. Отто Бючли дал описание цитологических картин в дробящихся яйцах круглых червей и моллюсков и в сперматогенных клетках насекомых. Эдуард Страсбургер исследовал митотическое деление в клетках зелёной водоросли спирогиры , в материнских клетках пыльцы лука и в материнских споровых клетках плауна. Ссылаясь на работу Отто Бючли и основываясь на собственных исследованиях, Эдуард Страсбургер обратил внимание на единство процессов клеточного деления в растительных и животных клетках [10]. Шлейхера о делении хрящевых клеток амфибий , В. Флемминга о размножении клеток в разных тканях саламандры и её личинок , П. Перемежко о делении клеток в эпидермисе личинок тритона. Также Флеммингу принадлежит окончательная формулировка определения митоза как циклического процесса, завершающегося разделением хромосом между дочерними клетками [12]. В году О. Баранецкий установил спиральное строение хромосом. В ходе дальнейших исследований были развиты представления о спирализации и деспирализации хромосом во время митотического цикла [12]. В начале х годов хромосомы были идентифицированы в качестве носителей наследственной информации, что в дальнейшем дало объяснение биологической роли митоза, заключающейся в образовании генетически идентичных дочерних клеток. В х годах началась расшифровка и детальное изучение регуляторов митотического деления [13] , благодаря серии экспериментов по слиянию клеток, находящихся на разных этапах клеточного цикла. В тех опытах, когда клетку в М-фазе объединяли с клеткой, находящейся в любой из стадий интерфазы G 1 , S или G 2 , интерфазные клетки переходили в митотическое состояние начиналась конденсация хромосом и распадалась ядерная мембрана [14]. M-phase-promoting factor, MPF [16]. В ходе последующих исследований выяснилось, что фактор, стимулирующий митоз, представляет собой гетеродимерный комплекс, состоящий из белка циклина и зависимой от циклина протеинкиназы. Циклин является регуляторным белком и обнаруживается у всех эукариот. Его концентрация периодически возрастает в течение клеточного цикла, достигая максимума в метафазе митоза. Зависимая от циклина протеинкиназа представляет собой фермент фосфорилазу , модифицирующий белки за счёт переноса фосфатной группы от АТФ на аминокислоты серин и треонин. Таким образом с установления роли и структуры основного регулятора митотического деления начались исследования тонких регуляторных механизмов митоза, которые продолжаются до настоящего времени. Деление всех эукариотических клеток сопряжено с формированием специального аппарата клеточного деления. Активная роль в митотическом делении клеток зачастую отведена цитоскелетным структурам. Универсальным как для животных, так и для растительных клеток является двухполюсное митотическое веретено , состоящее из микротрубочек и связанных с ними белков [18]. Веретено деления обеспечивает строго одинаковое распределение хромосом между полюсами деления, в области которых в телофазе образуются ядра дочерних клеток. Ещё одна не менее важная структура цитоскелета отвечает за разделение цитоплазмы цитокинез и, как следствие, за распределение клеточных органелл. В животных клетках за цитокинез отвечает сократимое кольцо из актиновых и миозиновых филаментов. В большинстве клеток высших растений из-за наличия жёсткой клеточной стенки цитокинез протекает с образованием клеточной пластинки в плоскости между двумя дочерними клетками. При этом область образования новой клеточной перегородки определяется заранее предпрофазным пояском из актиновых микрофиламентов , а поскольку актин участвует также в формировании клеточных септ у грибов , возможно, что он направляет цитокинез у всех эукариот [19]. Формирование веретена деления начинается в профазе. Во время интерфазы ЦОМТ, как правило, располагающийся вблизи клеточного ядра, инициирует рост микротрубочек, расходящихся к периметру клетки и образующих цитоскелет. В S-фазе материал центросомы удваивается, а в профазе митоза начинается расхождение дочерних центросом. Затем, в прометафазе, после разрушения ядерной мембраны, микротрубочки проникают в область клеточного ядра и взаимодействуют с хромосомами. Две дочерние центросомы теперь называют полюсами веретена [22]. По морфологии различают два типа митотического веретена: Астральный тип митотической фигуры, характерный для животных клеток, отличают благодаря небольшим зонам, на полюсах веретена, в которых сходятся конвергируют микротрубочки. Зачастую центросомы, располагающиеся в области полюсов астрального веретена, содержат центриоли. Анастральный тип митотической фигуры отличается широкими полярными областями веретена, так называемыми полярными шапочками, в их состав не входят центриоли. Микротрубочки при этом расходятся широким фронтом дивергируют от всей зоны полярных шапочек. Этот тип митотической фигуры также отличает отсутствие цитастеров. Анастральный тип митотического веретена наиболее характерен для делящихся клеток высших растений, хотя иногда наблюдается и в некоторых клетках животных. Химически они представляют собой биополимеры , состоящие из субъединиц белка тубулина. Количество микротрубочек в клетках различных организмов может значительно отличаться. В метафазе веретено деления в клетках высших животных и растений может содержать до нескольких тысяч микротрубочек, тогда как у некоторых грибов их всего около 40 [22]. Согласно этим данным образование митотического веретена объясняется селективной выборочной стабилизацией микротрубочек взаимодействующих в экваториальной области клетки с кинетохорами хромосом и с микротрубочками, идущими от противоположного полюса деления. Данная модель объясняет характерную двухполюсную фигуру митотического веретена [22]. В зависимости от локализации различают несколько типов центромер. Для голоцентрических центромер характерно образование связей с микротрубочками веретена по всей длине хромосомы некоторые насекомые , нематоды , некоторые растения. В противоположность голоцентрическим моноцентрические центромеры служат для связи с микротрубочками в единственной области хромосомы [24]. Обычно на каждую хроматиду хромосому приходится по одному кинетохору. На электронных микрофотографиях кинетохор обычно выглядит как пластинчатая трёхслойная структура [26]. К основным функциям кинетохора относят: Минимально достаточно одной микротрубочки например, для дрожжей ассоциированной с кинетохором, чтобы обеспечить движение хромосомы. Однако с одним кинетохором могут быть связаны целые пучки, состоящие из 20—40 микротрубочек например, у высших растений или человека , чтобы обеспечить расхождение хромосом к полюсам клетки [26] [27]. Собственно митоз зачастую протекает сравнительно быстро. К примеру, у делящихся клеток меристемы корней интерфаза составляет 16—30 часов, а митоз длится всего 1—3 часа. Для эпителиальных клеток кишечника мыши интерфазный период составляет порядка 20—22 часов, а митоз продолжается в течение 1 часа. К примеру, в животных клетках продолжительность митоза может достигать 3,8 часов эпидермис мыши. Или же встречаются растительные объекты с длительностью митоза в 5 минут Chilomonas. Длительность митоза находится в зависимости от целого ряда факторов: Частота клеточных делений также зависит от степени дифференцировки клеток и специфики выполняемых функций. Так, нейроны или клетки скелетной мышцы человека не делятся совсем; клетки печени обычно делятся раз в один или два года, а некоторые эпителиальные клетки кишечника делятся чаще, чем 2 раза в сутки. Темп клеточного деления зависит также от условий окружающей среды, в частности, от температуры. Повышение температуры окружающей среды в физиологических пределах повышает скорость митоза, что может быть объяснено обычной закономерностью кинетики химических реакций. М-фазу условно подразделяют на шесть стадий, постепенно и непрерывно переходящих одна в другую. Длительность отдельных стадий различна и варьируется в зависимости от типа ткани, физиологического состояния организма, внешних факторов. Наиболее продолжительны стадии, сопряженные с процессами внутриклеточного синтеза: Наиболее быстротечны фазы митоза, в ходе которых происходит движение хромосом: Непосредственно процесс расхождения хромосом к полюсам обычно не превышает 10 минут. К основным событиям препрофазы можно отнести: Фрагмосома представляет собой слой цитоплазмы, пересекающий вакуоль в плоскости клеточного деления. Во время препрофазы оно перемещается в область фрагмосомы. В ходе перемещения ядра вакуоль рассекается полосками цитоплазмы, содержащими элементы цитоскелета. Во фрагмосоме также образуется митотическое веретено. Во время цитокинеза в области фрагмосомы формируется фрагмопласт и новая клеточная стенка. Одновременно с фрагмосомой образуется препрофазное кольцо , и обе структуры располагаются в одной плоскости. Ядро располагается в центре препрофазного кольца и связано с ним радиально расходящимися микротрубочками. Внешне данная структура напоминает колесо с ободом и спицами из микротрубочек и актиновых филаментов, а также с ядром на месте втулки. Препрофазное кольцо формируется перед профазой митоза. После начала профазы микротрубочки кольца деполимеризуются и далее участвуют в образовании веретена деления. Функции препрофазного кольца пока не ясны. Однако подмечено, что цитокинез растительной клетки происходит в плоскости определённой положением препрофазного кольца. К основным событиям профазы относят конденсацию хромосом внутри ядра и образование веретена деления в цитоплазме клетки. Условно за начало профазы принимается момент возникновения микроскопически видимых хромосом вследствие конденсации внутриядерного хроматина. Уплотнение хромосом происходит за счёт многоуровневой спирализации ДНК. Данные изменения сопровождаются повышением активности фосфорилаз , модифицирующих гистоны , непосредственно участвующие в компоновке ДНК. Как следствие, резко снижается транскрипционная активность хроматина, инактивируются ядрышковые гены , большая часть ядрышковых белков диссоциирует. Конденсирующиеся сестринские хроматиды в ранней профазе остаются спаренными по всей своей длине с помощью белков-когезинов , однако к началу прометафазы связь между хроматидами сохраняется лишь в области центромер. К поздней профазе на каждой центромере сестринских хроматид формируются зрелые кинетохоры, необходимые хромосомам для присоединения к микротрубочкам веретена деления в прометафазе. В образовании веретена деления у всех эукариотических клеток принимают участие полярные тельца центросомы , микротрубочки и кинетохоры хромосом. С началом формирования митотического веретена в профазе сопряжены разительные изменения динамических свойств микротрубочек. Время полужизни средней микротрубочки уменьшается примерно в 20 раз от 5 минут в интерфазе до 15 секунд. Наряду с наблюдаемыми изменениями динамических свойств микротрубочек, слагающих нити веретена, в профазе закладываются полюса деления. Реплицированные в S-фазе центросомы расходятся в противоположных направлениях за счёт взаимодействия полюсных микротрубочек, растущих навстречу друг другу. При этом вероятный механизм расхождения полюсов объясняется следующим образом: Параллельно конденсации хромосом и формированию митотического веретена, во время профазы происходит фрагментация эндоплазматического ретикулума , который распадается на мелкие вакуоли , расходящиеся затем к периферии клетки. Одновременно рибосомы теряют связи с мембранами ЭПР. Цистерны аппарата Гольджи также меняют свою околоядерную локализацию, распадаясь на отдельные диктиосомы , без особого порядка распределенные в цитоплазме. Окончание профазы и наступление прометафазы, как правило, знаменуется распадом ядерной мембраны. Однако вскоре все они приходят в движение. В прометафазе наблюдается интенсивное, но беспорядочное перемещение хромосом. С другой стороны хромосому настигают тяжи микротрубочек, идущие от противоположного полюса митотического веретена. Взаимодействуя с кинетохором, они также участвуют в движении хромосомы. В результате сестринские хроматиды оказываются связанными с противоположными полюсами веретена. В клетках млекопитающих прометафаза протекает, как правило, в течение 10—20 минут. Аналогичным образом, частичное или более позднее разрушение ядерной мембраны затрудняет разграничение стадий профазы и прометафазы в клетках Drosophila и C. В завершении прометафазы хромосомы располагаются в экваториальной плоскости веретена а не всей клетки [50] примерно на равном расстоянии от обоих полюсов деления, образуя метафазную экваториальную пластинку. Морфология метафазной пластинки в клетках животных, как правило, отличается упорядоченным расположением хромосом: В растительных клетках хромосомы зачастую лежат в экваториальной плоскости веретена без строгого порядка. Метафаза занимает значительную часть периода митоза, и отличается относительно стабильным состоянием. Все это время хромосомы удерживаются в экваториальной плоскости веретена за счёт сбалансированных сил натяжения кинетохорных микротрубочек, совершая колебательные движения с незначительной амплитудой в плоскости метафазной пластинки. В метафазе, также как и в течение других фаз митоза, продолжается активное обновление микротрубочек веретена путём интенсивной сборки и деполимеризации молекул тубулина. Несмотря на некоторую стабилизацию пучков кинетохорных микротрубочек, происходит постоянная переборка межполюсных микротрубочек, численность которых в метафазе достигает максимума. К окончанию метафазы наблюдается чёткое обособление сестринских хроматид, соединение между которыми сохраняется лишь в центромерных участках. Плечи хроматид располагаются параллельно друг другу, и становится отчетливо заметной разделяющая их щель. Как правило, расхождение хромосом в анафазе состоит из двух относительно независимых процессов, называемых анафазой А и анафазой В. Анафаза А характеризуется расхождением сестринских хроматид к противоположным полюсам деления клетки. Процесс расхождения хроматид сопровождается сокращением длины деполимеризующихся кинетохорных микротрубочек. Механизм, лежащий в основе расхождения хромосом в анафазе А, пока остается неизвестным. Во время анафазы В расходятся сами полюса деления клетки, [40] и, в отличие от анафазы А, данный процесс происходит за счёт сборки полюсных микротрубочек со стороны плюс-концов. Полимеризующиеся антипараллельные нити веретена при взаимодействии отчасти и создают расталкивающее полюса усилие. Величина относительного перемещения полюсов при этом, также как и степень перекрывания полюсных микротрубочек в экваториальной зоне клетки, сильно варьирует у особей разных видов. Последовательность, продолжительность и относительный вклад каждого из двух процессов, слагающих анафазу, могут быть крайне различны. Так, в клетках млекопитающих анафаза В начинается сразу вслед за началом расхождения хроматид к противоположным полюсам и продолжается вплоть до удлинения митотического веретена в 1,5—2 раза по сравнению с метафазным. В некоторых других клетках например, дрожжевых анафаза В начинается только после того как хроматиды достигают полюсов деления. У некоторых простейших в процессе анафазы В веретено удлиняется в 15 раз по сравнению с метафазным. Вблизи сгруппированных индивидуальных хромосом начинается слияние мембранных пузырьков, что дает начало реконструкции ядерной оболочки. Материалом для построения мембран новообразованных дочерних ядер служат фрагменты изначально распавшейся ядерной мембраны материнской клетки, а также элементы эндоплазматического ретикулума. Постепенно восстанавливается наружная и внутренняя ядерные мембраны, восстанавливаются ядерная ламина и ядерные поры. В процессе восстановления ядерной оболочки дискретные мембранные пузырьки, вероятно, соединяются с поверхностью хромосом без распознавания специфических последовательностей нуклеотидов , так как в результате проведенных экспериментов было выявлено, что восстановление ядерной мембраны происходит вокруг молекул ДНК, заимствованных у любого организма, даже у бактериального вируса. Параллельно с процессами образования ядер дочерних клеток в телофазе начинается и заканчивается разборка микротрубочек веретена деления. Деполимеризация протекает в направлении от полюсов деления к экваториальной плоскости клетки, от минус-концов к плюс-концам. При этом дольше всего сохраняются микротрубочки в средней части веретена деления, которые образуют остаточное тельце Флемминга. Процессы, ведущие к разделению цитоплазмы, берут своё начало ещё в середине анафазы и могут продолжаться после завершения телофазы. Митоз не всегда сопровождается разделением цитоплазмы, поэтому цитокинез не классифицируется в качестве отдельной фазы митотического деления и обычно рассматривается в составе телофазы. Различают два основных типа цитокинеза: Плоскость деления клетки детерминируется положением митотического веретена и проходит под прямым углом к длинной оси веретена. При делении поперечной перетяжкой клетки место разделения цитоплазмы закладывается предварительно ещё в период анафазы, когда в плоскости метафазной пластинки под мембраной клетки возникает сократительное кольцо из актиновых и миозиновых филаментов. В дальнейшем, вследствие активности сократительного кольца, образуется борозда деления, которая постепенно углубляется вплоть до полного разделения клетки. По окончании цитокинеза сократимое кольцо полностью распадается, а плазматическая мембрана стягивается вокруг остаточного тельца Флемминга, состоящего из скопления остатков двух групп полюсных микротрубочек, тесно упакованных вместе с материалом плотного матрикса. Деление путём образования клеточной пластинки начинается с перемещения мелких ограниченных мембраной пузырьков по направлению к экваториальной плоскости клетки. Мелкие пузырьки происходят в основном из аппарата Гольджи и перемещаются к экваториальной плоскости вдоль остаточных полюсных микротрубочек веретена деления, образующих цилиндрическую структуру, называемую фрагмопластом. По мере расширения клеточной пластинки микротрубочки раннего фрагмопласта попутно перемещаются к периферии клетки, где за счёт новых мембранных пузырьков продолжается рост клеточной пластинки вплоть до её окончательного слияния с мембраной материнской клетки. После окончательного разделения дочерних клеток в клеточной пластинке откладываются микрофибриллы целлюлозы , завершая образование жёсткой клеточной стенки. Протеолиз лежит в основе необратимых событий митоза, таких как разделение сестринских хроматид в анафазе или разрушение митотических циклинов на поздних стадиях митоза. Рассматривая вопрос регуляции митоза, можно условно выделить два периода митотического деления: Каждый из двух обозначенных периодов начинается с прохождения контрольной точки клеточного цикла. Первой контрольной точкой является переход из фазы G 2 к M-фазе. События от начала профазы и до окончания метафазы инициируются и протекают при участии белковых комплексов, состоящих из митотических циклинов и циклин-зависимых киназ англ. Вторая контрольная точка служит разделительным барьером на границе метафазы и анафазы. На данном этапе критичным показателем является состояние веретена деления: Ключевым активатором событий анафазы является убиквитинлигаза APC Cdc20 [70]. Ключевыми активаторами митоза, обеспечивающими инициацию событий профазы—метафазы, являются циклин-киназные комплексы англ. Данные комплексы представляют собой гетеродимеры, состоящие из двух субъединиц: В регуляцию митоза у всех эукариот вовлечена циклин-зависимая киназа Cdk1, [73] которая представляет собой фермент фосфорилазу , модифицирующий белки за счёт переноса фосфатной группы от АТФ на аминокислоты серин и треонин. Концентрация Cdk1 постоянна на протяжении всего клеточного цикла, [74] поэтому активность циклин-зависимой киназы в процессе митоза зависит главным образом от её соединения с митотическим циклином. Концентрация митотических циклинов увеличивается по мере приближения к митозу и достигает максимума в метафазе. Различным таксонам свойственны различные митотические циклины. Накопление митотических циклинов начинается ещё на стадии G 2. Увеличение концентрации циклинов обеспечивается за счёт транскрипции соответствующих им генов. Однако образующиеся при этом циклин-киназные комплексы сохраняются в неактивном состоянии до момента активации митоза. Сдерживание активности комплексов M-Cdk1 на протяжении фазы G 2 осуществляется благодаря ингибирующему фосфорилированию молекулы Cdk1. Собственно начало профазы на молекулярном уровне знаменуется резкой активацией киназных комплексов M-Cdk1. В основе скачкообразного увеличения активности M-Cdk1 лежат как минимум два взаимосвязанных события. Во-первых, к началу профазы приурочена активация фосфатаз семейства Cdc25, которые освобождают комплекс M-Cdk1 от ингибирующих фосфатных групп. Во-вторых, активированные таким образом киназы M-Cdk1 включаются в цепочку положительной обратной связи: В итоге, в начале профазы наблюдается взаимосвязанное увеличение активности фосфатаз семейства Cdc25 и циклин-киназ M-Cdk1 на фоне параллельного снижения активности ингибиторов семейства Wee1. Таким образом, в основу активации митоза заложен принцип положительной обратной связи. Но, несмотря на то, что уже известно об инициирующих механизмах митоза, остаётся до сих пор неясно, какой именно стимул изначально активирует Cdc25 или Cdk1, тем самым обеспечивая запуск цепочки положительной обратной связи. Помимо циклин-зависимых киназ в регуляцию митотических событий вовлечены как минимум ещё два типа киназ: Данные киназы вовлечены в различные митотические процессы: У многоклеточных выделяются два основных представителя данного семейства: Киназа aurora A участвует в регуляции функционирования центросом и митотического веретена. Киназа aurora B участвует в регуляции процессов конденсации и разделения сестринских хроматид, а также обеспечивает присоединение кинетохоров к микротрубочкам веретена деления. Комплекс, стимулирующий анафазу англ. Функционально комплекс стимуляции анафазы представляет собой убиквитинлигазу и катализирует реакции присоединения молекул убиквитина к различным целевым белкам, которые в итоге подвергаются протеолизу. В структуре комплекса стимуляции анафазы выделяется порядка 11—13 субъединиц. Функционирование комплекса регулируется за счёт присоединения активирующей субъединицы в нужный момент клеточного цикла. Происходит это следующим образом. На стадии метафазы циклин-киназный комплекс M-Cdk путём фосфорилирования трансформирует ядро комплекса APC. В результате указанного конформационного изменения повышается вероятность присоединения активатора Cdc Секьюрин одна из главных мишеней APC Cdc20 представляет собой ингибирующий белок, сдерживающий в неактивном состоянии фермент сепаразу. Вследствие реакции убиквитинирования секьюрин разрушается, а высвободившаяся при этом сепараза разрушает когезин. После деградации когезина, обеспечивающего сцепление сестринских хроматид, происходит разделение и расхождение хромосом к полюсам деления клетки. Убиквитинирование и, как следствие, разрушение митотических циклинов ещё одной важной мишени APC Cdc20 запускает цепочку отрицательной обратной связи. Выглядит это следующим образом. Циклин-киназный комплекс M-Cdk активирует убиквитин-лигазный комплекс APC Cdc20 , который целенаправленно разрушает митотические циклины, что ведёт к деградации циклин-киназного комплекса M-Cdk, то есть цепочка реакций приводит к разрушению изначального активатора этой цепочки. Но поскольку активность APC Cdc20 зависит от комплекса M-Cdk, инактивация циклин-киназы M-Cdk приводит к инактивации APC Cdc В итоге APC Cdc20 деактивируется к концу митоза. Относительно редкий тип генетической рекомбинации в соматических клетках, по причине отсутствия нормального механизма конъюгации хромосом. Некоторые исследователи предполагают сходство механизмов мейотического и митотического кроссинговера. Первые данные о существовании митотической рекомбинации были получены генетиком Куртом Штерном в году. Учёный проводил исследования на плодовых мушках и обратил внимание на локальное проявление рецессивных признаков у гетерозиготных особей. Однако оба признака кодировались генами, локализованными в пределах одной хромосомы, и у гетерозиготных особей не должны были проявляться. В итоге, на основе полученных данных был сделан вывод о существовании митотической рекомбинации в соматических клетках. Патология митоза развивается при нарушении нормального течения митотического деления и зачастую приводит к возникновению клеток с несбалансированными кариотипами , следовательно, ведёт к развитию мутаций и анеуплоидии. Также в результате развития отдельных форм патологии наблюдаются хромосомные аберрации. Незавершённые митозы, прекращающиеся по причине дезорганизации или разрушения митотического аппарата, приводят к образованию полиплоидных клеток. Полиплоидия и формирование дву- и многоядерных клеток возникают в случае нарушений механизмов цитокинеза. При значительных последствиях патологии митоза возможна гибель клетки. В нормальных тканях патология встречается в незначительных количествах. Условно различают патологию митоза функционального и органического типа. Органические нарушения возникают при повреждении структур, участвующих в митотическом делении хромосомы, митотический аппарат, клеточная поверхность , а также при нарушении процессов, связанных с данными структурами репликация ДНК, образование веретена деления, движение хромосом, цитокинез. На основании морфологических признаков и цитохимических нарушений митотического процесса выделяют три основных группы патологий митоза: Например, воздействие колхицина приводит к гиперспирализации хромосом, которые приобретают укороченную и утолщенную форму [94]. Обозначенная патология наблюдается, к примеру, при изменении осмотического давления в фибробластах кролика в культуре ткани или же при воздействии канцерогенов бензпирена , метилхолантрена на мышиные фибробласты [94]. Фрагменты могут быть одиночными, парными и множественными. Те из них, которые лишены центромерного участка, не участвуют в метакинезе, и, соответственно, не расходятся к полюсам деления в анафазе. При массовой фрагментации хромосом пульверизация большинство фрагментов также беспорядочно рассеиваются в цитоплазме и не участвуют в метакинезе [95]. В итоге часть фрагментов хромосом может попасть в одно из дочерних ядер, либо резорбироваться, либо образовать обособленное микроядро. Также отдельные фрагменты обладают способностью воссоединяться своими концами, причём подобные воссоединения носят случайный характер и приводят к хромосомным аберрациям [96]. При воссоединении фрагментов содержащих центромер образуется дицентрическая хромосома, которая в ходе анафазы растягивается между противоположными полюсами деления, образуя мост. Хромосомный обычно двойной мост возникает в результате воссоединения фрагментов хромосом, каждый из которых образован двумя хроматидами с центромерой. Хроматидный обычно одиночный мост возникает в результате воссоединения двух фрагментов отдельных хроматид с центромерой [97]. Образование мостов приводит к генотипической разнородности дочерних клеток, а также нарушает течение завершающих стадий деления и задерживает цитокинез [97]. Отставание хромосом наблюдалось в культурах ткани опухолевых клеток, а также в экспериментах, в ходе которых кинетохоры хромосом облучались микропучком ультрафиолетовых лучей [98]. Новообразованные микроядра либо сохраняются в клетке в течение всего дальнейшего клеточного цикла вплоть до очередного деления, либо подвергаются пикнозу , разрушаются и выводятся из клетки [98]. Вследствие набухания хромосомы теряют свои нормальные очертания и слипаются, превращаясь в комковатые массы. Расхождения хромосом не происходит и клетки в таком состоянии зачастую погибают [99]. Повреждения также затрагивают клеточное ядро, плазмалемму, различные внутриклеточные органоиды митохондрии , хлоропласты , аппарат Гольджи. Действие статмокинетических ядов усиливает спирализацию хромосом, что приводит к их укорочению и утолщению, а порой доводит до набухания и слипания хромосом. Как следствие, происходят хромосомные аберрации, образуются микроядра в результате фрагментации или отставания хромосом, развивается анеуплоидия []. Исход к-митоза зависит от дозы и времени воздействия статмокинетического яда на делящуюся клетку. При токсических дозах наблюдается пикноз ядра и гибель клетки. Значительные отравления приводят к полиплоидизации. Воздействие небольших доз обратимо. В течение нескольких часов может восстановиться митотический аппарат и продолжиться митотическое деление []. В итоге хромосомы распределяются неравномерно между дочерними ядрами, что, в свою очередь, ведет к образованию анеуплоидных клеток с несбалансированным набором хромосом []. При этом формируется лишь один полюс, от которого расходятся нити единственного полуверетена. В итоге моноцентрический митоз приводит к полиплоидизации []. В результате асимметричный митоз приводит к образованию микроклеток и гигантских клеток с гипо- и гиперплоидными ядрами. Хромосомы сохраняются вблизи полюсов веретена из-за отставания в процессе метакинеза, а не из-за преждевременного расхождения. Причинами отставания могут служить повреждения кинетохора или дезорганизация отдельных хромосомальных нитей, участвующих в движении отстающих хромосом []. Различают две группы патологий митоза, связанные с нарушением цитотомии: При этом отдельные варианты классификации, разработанные применительно к одним таксонам , являются неприемлемыми в отношении других, поскольку не учитывают специфики их митозов. Например, отдельные варианты классификации митозов, свойственных животным или растительным организмам, оказываются неприемлемыми для водорослей []. Одним из ключевых признаков, лежащих в основе различных типологий и классификаций митотического деления, является поведение ядерной оболочки. Если образование веретена и само митотическое деление протекает внутри ядра без разрушения ядерной оболочки, то такой тип митоза называют закрытым. Ещё одним характерным признаком является тип симметрии митотического веретена. При плевромитозе веретено деления билатерально симметрично либо асимметрично и состоит, как правило, из двух полуверетён, располагающихся в метафазе-анафазе под углом друг к другу. Для категории ортомитозов характерна биполярная симметрия веретена деления, а в метафазе зачастую наблюдается различимая экваториальная пластинка []. В рамках обозначенных признаков наиболее многочисленным является типичный открытый ортомитоз. Данный тип митоза характерен для животных, высших растений и некоторых простейших []. Предполагается, что сложный митотический процесс высших организмов развивался постепенно из механизмов деления прокариот []. Это предположение подтверждается тем, что прокариоты появились приблизительно на миллиард лет раньше первых эукариот. Кроме того, в митозе эукариот и бинарном делении прокариот принимают участие схожие белки. Возможные промежуточные стадии между бинарным делением и митозом можно проследить у одноклеточных эукариот , у которых в ходе деления не разрушается ядерная мембрана. У большинства же других эукариот, в том числе растений и животных, веретено деления формируется вне ядра , а ядерная оболочка разрушается в течение митоза. Хотя митоз у одноклеточных эукариот ещё недостаточно изучен, можно предположить, что он произошёл от бинарного деления и в конечном счёте достиг того уровня сложности, который имеется у многоклеточных организмов []. У многих простейших эукариот митоз также остался процессом, связанным с мембраной, однако теперь уже не плазматической , а ядерной []. Возможно, в связи с увеличением размера и числа хромосом, структура типа мезосомы разделилась на два элемента: ЦОМТ на ядерной оболочке и кинетохор на хромосоме. Для соединения данных структур между собой в процессе эволюции развилась промежуточная система микротрубочек. В рамках данного представления, наиболее древним и примитивным считается закрытый внутриядерный плевромитоз. Сегрегация хромосом при этом происходит путём расхождения ЦОМТ, к которым хромосомы крепятся посредством микротрубочек. В свою очередь ЦОМТ закреплены на ядерной оболочке и расходятся за счёт роста ядерной мембраны между ними []. От разных вариантов закрытого внутриядерного плевромитоза, вероятно, берут своё начало несколько параллельных эволюционных линий []. В качестве эволюционно прогрессивных признаков при этом рассматриваются: Таким образом, эволюция митотического деления идёт в направлении от закрытого внутриядерного плевромитоза к открытому ортомитозу []. Эндомитоз представляет собой разновидность митоза без деления ядра или клетки , в результате чего в клетке накапливается множество копий одних и тех же хромосом , собранных в одном ядре. Этот процесс может также включать эндоредупликацию , а клетки в этом случае называются эндоплоидными []. Примером клеток, подвергающихся эндомитозу, могут служить мегакариоциты , дающие начало тромбоцитам []. Крайним случаем эндомитоза является образование гигантских политенных хромосом , появляющихся как результат многократного воспроизведения хромосом без последующего расхождения. Такие хромосомы встречаются в слюнных железах некоторых насекомых , у личинок двукрылых в ядрах клеток кишечника и у некоторых растений в ядрах синергид например, гороха []. Митоз является важным средством поддержания постоянства хромосомного набора. В результате митоза осуществляется идентичное воспроизведение клетки. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. Это стабильная версия , отпатрулированная 29 июня Например, в раннем эмбриогенезе млекопитающих при делении созревания ооцита и при I и II делении зиготы наблюдаются бесцентриолярные анастральные митозы. Такое стабилизированное веретено не может тянуть хромосомы, и митоз останавливается. Но митоз блокируется и при прямо противоположном воздействии, если нити веретена обратимо разрушить с помощью одного из трех агентов, подавляющих сборку тубулина в микротрубочки, — колхицина, низкой температуры или высокого гидростатического давления. По другой гипотезе движение хромосом обусловлено распадом микротрубочек: Третья возможность состоит в том, что микротрубочки не ответственны прямо за возникновение силы, движущей кинетохор к полюсам, а просто регулируют движение, вызываемое какой-то другой структурой. Так, в эндосперме многих растений протекают множественные митозы без деления цитоплазмы, что приводит к образованию многоядерного симпласта. Аналогичная ситуация наблюдается при синхронных делениях многочисленных ядер миксомицетов , или на ранних этапах развития зародышей некоторых насекомых. Например, предполагается, что комплексы M-Cdk1 неполностью блокируются семейством ингибиторов Wee1. В результате, пропорционально увеличению концентрации митотических циклинов, к началу профазы может накопиться критическая масса активных киназ M-Cdk1. Частичная активация циклин-киназ у позвоночных, возможно, обеспечивается фосфатазой Cdc25B, уровень активности которой возрастает с поздней S-фазы и достигает максимума в профазе митоза. Однако было продемонстрировано, что мышиные клетки способны делиться в отсутствии данного стимула. Ещё одним возможным активатором может быть комплекс циклин A-Cdk, сохраняющий свою активность с начала S-фазы вплоть до конца прометафазы митоза. Митоз — статья из Большой советской энциклопедии. Проверено 25 апреля Архивировано 11 февраля года. Journal of Thrombosis and Haemostasis 1 6: Статьи с ссылкой на БСЭ, без указания издания Страницы, использующие волшебные ссылки PMID Страницы, использующие волшебные ссылки ISBN. Навигация Персональные инструменты Вы не представились системе Обсуждение Вклад Создать учётную запись Войти. Пространства имён Статья Обсуждение. Просмотры Читать Править Править вики-текст История. В других проектах Викисклад. Эта страница последний раз была отредактирована 29 июня в Текст доступен по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike ; в отдельных случаях могут действовать дополнительные условия. Свяжитесь с нами Политика конфиденциальности Описание Википедии Отказ от ответственности Разработчики Соглашение о cookie Мобильная версия. Закрытый внутриядерный плевромитоз Закрытый внутриядерный ортомитоз Закрытый эвгленоидный митоз Закрытый внеядерный плевромитоз Полузакрытый плевромитоз Полузакрытый ортомитоз Открытый ортомитоз эумитоз. Закрытый центрический Закрытый ацентрический Полузакрытый центрический Полузакрытый ацентрический Открытый центрический Открытый ацентрический. Основные типы митоза у водорослей: