Перспективи вивчення мітозу
Прагнення зрозуміти, яким чином працюємітотичний апарат клітини, не викликане виключно академічним інтересом. Генетичні зміни, що лежать в основі багатьох хвороб, можуть бути безпосередньо пов'язані з помилками процесу розподілу клітин. В даний час за допомогою сучасних генетичних та молекулярних методів стало відносно нескладно виявляти нові компоненти процесів сегрегації хромосом та цитокінезу.
Основнаподальша метаполягає у встановленні функцій цих компонентів, розкритті деталей їх спільної участі у певному процесі, і, нарешті, у з'ясуванні того, яким чином інтегруються окремі процеси мітозу, тим самим забезпечуючи перебіг одного з найбільш фундаментальних життєвих процесів .
Нам ще належить з'ясувати, як працюють окремі білки, що беруть участь у процесі мітозу. Розробка все більш витончених систем роботи із зображеннями, а також методів дослідження білків живих клітин з використанням флуоресцентних зондів здатна забезпечити достовірну картину взаємодії між собою компонентів веретена.
У поєднанні з широко використовуваними прийомами , що дозволяють інактивувати або видаляти з клітини окремі білки, наприклад при використанні PHK, ці методи повинні забезпечити отримання набагато більш чіткої картини участі кожного компонента у вступі клітини в мітоз і/або їх функціонування в різних фазах цього процесу. Очевидно, що особлива увага має бути приділена з'ясуванню молекулярних механізмів реплікації центросом та відповідям на питання про те, як ця реплікація скоординована із синтезом ДНК та яким чином клітина контролює кількість копій цієї важливої органели. Зараз ми знаємо, що в ранньому періоді розвитку багатьох ракових клітинспостерігається надмірна освіта центросом.
Надлишок центросом призводить до формування багатополюсного веретена і до утворення анеуплоїдних клітин. У майбутньому було б важливо визначити, як утворюється надлишок центросом і чи є причиною розвитку злоякісних пухлин.
Ще однією важливою областю майбутнього дослідження є з'ясування молекулярних основ функціонування точки контролю зборки веретена. Яким чином сигнал, який генерується лише одним кінетохором, пригнічує настання анафази у всій клітині? Порушення функціонування цієї контрольної точки є безпосередньою причиною анеуплоїдії та пов'язаних з нею наслідків, включаючи розвиток злоякісних пухлин.
У багатьохракових клітинахвідсутня система точки контролю за збиранням веретена. Тому розуміння того, як сигнал очікування анафази блокує активність анафазного промоторного комплексу, сприятиме пошуку нових засобів, що вибірково викликають загибель клітин, що діляться.
Безперечно, що наступною областюподальших розробокстане з'ясування того, яким чином здійснюється потік субодиниць в мікротрубочках і яку роль він грає в позиціонуванні та русі хромосом. Чи пов'язаний цей потік з білковими моторами, заякореними в матриксі веретена і діють по всій довжині мікротрубочок? Чи пов'язаний він зі специфічними білками, розташованими лише на кінцях мікротрубочок? Чи є зусилля, що розвивається на кінетохорі, спрямоване до полюсів і генерується за рахунок потоку субодиниць, істотно більшим, ніж сила, що генерується за рахунок моторів мікротрубочок, пов'язаних з кінетохором? Що є всі процеси, що відбуваються на кінетохорі, і як вони скоординовані один з одним?
Відповіді на всі ціпитання допоможуть сформулювати правильне уявлення у тому, як хромосоми позиціонуються на екваторі веретена.
Нарешті, ми поки що не цілком уявляємо собі, як клітини контролюють вступ домітоз. Відомо, що при пошкодженні ДНК клітина до мітозу не вступає. Однак накопичується все більше даних про те, що поряд з цілісністю геному контролюючу функцію при вступі до мітозу можуть виконувати безліч інших факторів. Схоже, що для кожного в клітині існує контрольна точка. Деякі системи контролюють функцію мікротрубочок.
Інші запускаються при впливі різних хімічних препаратів і стресорних факторів навколишнього середовища. Вивчення конкретних біохімічних процесів, відповідальних за контрольні функції, і того, як вони запобігають вступу клітини в мітоз, допоможе просунутися вперед у галузі запобігання та лікування багатьох тяжких хвороб.
Розподіл клітин є об'єктом інтенсивних медико-біологічних досліджень. Це пов'язано з тим, що помилки мітозу призводять до анеуплоїдії та генетичної нестабільності, що сприяє розвитку онкологічних захворювань. Мітоз проходить у два етапи: розподіл ядра та цитокінез. При розподілі ядра, або каріокінез, відбувається рівномірний розподіл реплікованих сестринських хроматид по двох дочірніх ядрах. Незадовго до закінчення ядерного поділу, внаслідок цитокінезу, внутрішньоклітинний вміст та цитоплазма розподіляються між двома дочірніми клітинами.
Мітотичний апарат, або веретено, бере участь у розподілі ядра і в цитокінезі, переміщуючи хромосоми і позначаючи площину, вздовж якої відбувається поділ клітини. Ця біполярна структура складається в основному з мікротрубочок, пов'язаних з ними білків (включаючи моторні білки) таіз структурних білків. У зрілому веретені існує два типи мікротрубочок: одні з них міцно прикріплені до сестринських кінетохорів кожної хромосоми та до протилежних полюсів веретена, а в інших присутні вільні кінці. Мікротрубочки мають динамічну природу, що грає критичну роль процесах формування та функціонування веретена.
Рухкінотохорові пов'язаних з ними хромосом до полюса обумовлений двома різними зусиллями. Одне генерується за рахунок укорочення мікротрубочок, пов'язаних з кінетохором, що відбувається при втраті субодиниць в області полюса веретена. Інше забезпечується за рахунок моторів мікротрубочок, пов'язаних з кінетохором. У деяких клітинах, наприклад, у хребетних, одночасно реалізуються обидва механізми генерації зусиль.
Комплекс контрольної точкиклітинного циклузатримує перехід метафаза/анафаза до того моменту, поки всі кінетохори міцно не прикріпляться до веретену. При виключенні цієї контрольної точки настає ціла серія біохімічних процесів, які призводять до поділу сестринських хроматид, руйнування самого веретена та утворення міжзональних структур між індивідуальними групами хромосом. Після цього структури міжзональної області ініціюють процес цитокінезу.
