Животные анализируют мир - Юрий Симаков

За профазой следует вторая стадия — метафаза. В это время хромосомы из беспорядочного клубка, как по приказу, выстраиваются по экватору. Образуют метафазную пластинку. Теперь видно, что к каждой паре хромосом, подготовленной для расхождения; тянутся две нити веретена деления. Одна нить — к одной центриоли, а другая — к противоположной. По экватору стоят удвоенные хромосомы, как две капли воды похожие друг на друга, называемые сестринскими хроматидами. Начни сейчас сокращаться нити веретена — и поползут хромосомы к разным полюсам.

Это и происходит на следующей стадии деления — анафазе. Нити веретена сокращаются. Сестринские хроматиды расщепляются и движутся к противоположным полюсам.

Наконец, наступает последняя стадия — телофаза. Опять раскручиваются хромосомы, строятся ядерные оболочки, удваиваются центриоли. И оболочка самой клетки как бы перешнуровывается. Все уже и уже становится талия клетки и, наконец, их получается две. А в каждой дочерней клетке есть уже свое ядро и удвоившиеся центриоли для будущего деления.

Вот так на наших глазах произошел процесс деления клетки. Все в нем стройно и отлажено. Какая-то «невидимая рука» скручивала хромосомы, разводила к разным полюсам центриоли, крепила нити веретена деления к хромосомам. Наконец, с помощью каких-то приборов хромосомы выстраивались по экватору, а после их расхождения к разным полюсам какая-то сила перешнуровывала клетку пополам, а это сравнимо с тем, как если бы человек попытался перетянуть шпагатом на две части туго накачанную футбольную камеру. Только современные методы исследования позволили приоткрыть завесу над процессом деления клетки и посмотреть на все другими глазами.

Первое, на что обратили внимание исследователи, были нити веретена, разводящие хромосомы к разным полюсам. Они видны даже в световой микроскоп. Ученые сразу начали думать о механизме их сокращения и пришли к выводу, что они сокращаются, подобно волокнам наших мышц. Но как тогда быть с остальными организованными движениями органоидов клетки во время митоза?

С помощью электронной микроскопии внутри клеток были найдены микротрубочки и микрофиламенты. Микротрубочки — это действительно длинные полые цилиндры с наружным диаметром около двадцати четырех нанометров и толщиной стенок пять нанометров. В световой микроскоп они не видны. Микрофиламенты — это уже нити в три раза тоньше, чем микротрубочки, находящиеся в цитоплазме. В интерфазе микротрубочки держат форму клетки. Они идут от ядра во все стороны и во все отростки клетки. Это внутренний каркас клетки. Стоит только разрушить их высокой температурой, давлением или ядом колхицином, как клетка теряет свою форму и становится округлой. Если вредное действие прекратится, структура микротрубочек может восстановиться и клетка приобретет свою прежнюю форму, А вот микрофиламенты непосредственно участвуют в генерации движения поверхности клетки. Они могут скользить относительно друг друга, прикрепляться к мембране клетки, втягивать и выпячивать ее различные части или же надстраиваться и разрушаться под мембраной. Так что в ускоренной киносъемке поверхность клетки напоминает (благодаря действию микрофиламентов) беспокойный океан.

Однако, как только начинается деление клетки, все микротрубочки и микрофиламенты уходят на построение пространственной организации митоза. Форма клетки становится округлой. На всех стадиях митоза, кроме телофазы, микротрубочки и микрофиламенты строят сходные пространственные фигуры, соответствующие веретену деления. На стадии телофазы микротрубочки во время перетяжки клетки остаются только в соединительном мостике, а микрофиламенты в это время, как кольцом из тонких нитей, перетягивают клетку надвое (рис. 9).

Рис. 9. Перераспределение микрофиламентов в клетке на различных фазах митоза

Кажется, что микроскопический гном намотал нити микрофиламентов на клетку и с каждым витком все туже и туже делает свой моток. И опять рушатся все наши представления о живых приборах, управляющих митозом. Микрофиламентами ведь тоже надо управлять. Так почему же эти тончайшие нити, состоящие из белка актина, знают, где им надо перетянуть клетку, в какую сторону передвинуть центриоли или хромосомы и как выполнить другие пространственные команды?

Пока непонятно, как работают устройства, принимающие непосредственное участие в митозе внутри клетки, но не лучше обстоит дело и с изучением внешних регуляторов клеточного деления. В самом деле, какой из тысячи сигналов, принимаемых живой клеткой, выступает как команда приступить к митозу? И как подается эта команда — непосредственно ли химические соединения призывают клетку к делению или же опять в этом повинны поля: электрическое, магнитное, электромагнитное излучение или комплекс полей, генерируемый самим организмом?

Вот и попробуем хотя бы кратко рассмотреть, Что известно сейчас биологам о регуляции клеточного деления и что они надеются узнать в ближайшем будущем.

Прежде всего обратим наш взор на химическую регуляцию митотической активности клеток. Ученые достигли наибольших успехов в исследовании этого запутанного вопроса и разработали ряд интересных теорий.

Давно известно, что существует целый ряд химических веществ, способных подавлять клеточные деления. Об одном таком веществе уже говорилось. Это яд колхицин, который при небольших дозах разрушает митотический аппарат в клетке и приостанавливает деление клеток. В настоящее время широко применяются в онкологии ингибирующие митозы вещества, называемые цитостатиками. Эти лекарственные препараты подавляют аэробное окисление углеводов, слегка стимулируют тканевое дыхание, подавляют синтез ДНК и уменьшают проницаемость клеточных мембран. Среди этих веществ известны алкилирующие соединения: азотистые иприты, метасульфонаты, этиленимины и эпоксидные соединения, а также различные метаболиты, то есть вещества, подавляющие обменные процессы; аналоги пуринов и пиримидинов, витамин В, антагонисты аминокислот. Целый ряд соединений растительного происхождения действует на образование митотического веретена, колхицин, подофил и алкалоиды барвинка. Наконец, в химиотерапии опухолей применяются антибиотики: актиномицин D, митомицин С. Эти вещества подавляют синтез нуклеиновых кислот.

Цель применения цитостатиков в химиотерапии опухолей понятна: нужно любыми способами остановить безудержные митозы в опухолях, задержать их рост и помочь организму справиться с постигшим его недугом. Теоретическим обоснованием к применению цитостатиков является тезис, утверждающий, что малодифференцированные опухолевые клетки более чувствительны к низким концентрациям этих веществ, чем нормальные клетки.

У цитостатиков есть одно преимущество — клиницисты и экспериментаторы могут их получать в чистом виде, знают их химический состав. Знают, на какую фазу митоза они могут воздействовать. Удалось даже получить цитостатики с высокой избирательностью по отношению к типу клеток. Например, ТЭФА — триэтилен-фосфамид подавляет митозы в лимфоидных тканях, а миелобромол — в миелоидных тканях, которых много в нервных узлах, в мозге. Казалось бы, уже можно бороться со злокачественными опухолями, но на пути этой борьбы встают отрицательные свойства цитостатиков.

Во-первых, к этим же цитостатикам чувствительны нормальные делящиеся клетки, и применение эффективных доз ограничивается из-за их побочного действия. А во-вторых, введение цитостатиков, особенно повторное, может привести к отбору. Среди злокачественных клеток появляются клетки, способные не реагировать на эти лекарственные вещества, и опухоли из таких клеток быстро разрастаются, окончательно поражая организм.

По этой причине ученые, занимающиеся проблемой регуляции клеточных делений, ищут химические вещества, действующие на клетки выборочно и мягко. Но ведь такие вещества есть в самом здоровом организме, где постоянно происходит регуляция как ингибирования, так и стимуляции митозов. Может быть, их можно выделить из тканей и применить для исправления работы поломанной машины, ведающей командами для делящихся и неделящихся клеток?

Ученых всегда интересовали такие факты в клеточном делении, на которые трудно найти ответ. В самом деле, почему клетки после нанесения травмы начинают усиленно делиться и закрывают полученный дефект? И была создана теория раневых гормонов. Смысл ее сводится к тому, что из разрушенных клеток в окружающую ткань разливается вещество, которое играет роль сигнала, побуждающего клетки вокруг травмы к делению. Возникает и второй вопрос: почему после закрытия травмы клеточные деления прекращаются, а в злокачественной опухоли они бушуют безостановочно, пока живет сам организм?