Митотическая активность различных тканей

Ограничение на число делений соматических клеток человека

Волохова Ю.В., Пан А.В., Сигарева Л.Е.

Ограничение на число делений соматических клеток человека

Волохова Ю.В., Пан А.В., Сигарева Л.Е.

ГБОУ ВПО Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского Минздрава РФ

Цель данного сообщения – расширить знания учащихся по цитогенетике. Клеточный цикл или жизненный цикл клетки – это существование клетки от момента ее образования путем деления материнской клетки до собственного деления или смерти. Митотическая активность клеток разных тканей организма человека отличается. Есть популяция постоянно делящихся клеток в обновляющихся тканях. Есть клетки, не размножающиеся в обычных условиях, но делящиеся при процессах восстановительной регенерации или в культуре. Третья группа клеток – это высокодифференцированные клетки, утратившие способность делиться. Нейроны живут практически всю жизнь человека, эритроциты через 120 дней погибают, а новые образуются в красном костном мозге. Мышечные волокна способны расти и увеличиваться в размерах без увеличения их числа.

Около 100 лет назад зоолог Август Вейсман высказал гипотезу о том, что старение клеток и причины их смерти лежат в ограниченной способности клеток к делению. В начале 1960 годов Леонард Хейфлик подтвердил предположение Вейсмана. Предельное число делений получило название «лимит Хейфлика». Обычно клетки не преодолевают барьер из 20 – 90 делений. Для человека он составляет в среднем 50 ±10. срок жизни клеточных клонов зависти от длины теломерной ДНК на концах хромосом (А.М.Оловников, Л.Хейфлик). У большинства соматических клеток человека в автокаталическую интерфазу теломерная ДНК не дореприцируется и с каждым новым делением клетки хромосомы укорачиваются на 50 – 60 нуклеотидив. При достижении теломерами минимальных размеров репликация ДНК прекращается, клетка перестает делиться, стареет и гибнет (генетически запрограммированная гибель клетки – апоптоз).

Клетки, часто делящиеся, быстрее исчерпывают свой потенциал к делению. Так, при ВИЧ-инфекции у человека возникает защитная реакция – лимфоциты, обеспечивающие иммунитет ускоренно размножаются, быстрее стареют и через несколько лет перестают делиться. При наследственных болезнях преждевременного строения – прогериях – лимит Хейфлика снижен до 10 – 15 делений. Но ряд клеток человека (сперматогонии, клетки красного костного мозга, раковые опухоли) способны к неограниченному делению. В этих клетках высока активность фермента теломеразы, обеспечивающего синтез теломерной ДНК на матрице иРНК путем обратной транскрипции, поэтому теломерные районы хромосом этих клеток способны восстанавливаться.

1 Вопрос.Особенность клеточного цикла в различных тканях.

Во взрослом организме высших позвоночных клетки различных тканей и органов имеют неодинаковую способность к делению. Встречаются популяции клеток, полностью потерявшие свойство делиться. Это большей частью специализированные, дифференцированные клетки (например,нейтрофилы,базофилы,эозинофилы,нервные клетки, зернистые лейкоциты крови). В организме есть постоянно обновляющиеся ткани — различные эпителии, кроветворные ткани. В таких тканях существует часть клеток, которые постоянно делятся, заменяя отработавшие или погибающие клеточные типы (например, клетки базального слоя покровного эпителия, клетки крипт кишечника, кроветворные клетки костного мозга).

3 Вопрос.G-o период.Точка r

При достижении клеткой определённого порога (точки рестрикции –R), клетка вступает в S-период. Контроль в переходной точке R ограничивает возможность нерегулируемого размножения клеток. Пройдя точку R,клетка переключается на регуляцию внутренними факторами, что обеспечит её митотическое деление. Клетка может не достигнуть точки R и выйти из клеточного цикла, вступив в период репродуктивного покоя (Go).

Читайте также: Чем можно снять лак для ногтей с ткани

Причинами такого выхода могут быть:

1) необходимость дифференцироваться и выполнять специфические функции;

2) потребность преодолеть период неблагоприятных условий или вредных воздействий среды.

В растущих тканях растений и животных всегда есть клетки, которые находятся как бы вне цикла. Такие клетки принято называть клетками G0- периода. Именно они представляют собой, так называемые покоящиеся клетки, временно или окончательно переставшие размножаться. В некоторых тканях такие клетки могут находиться длительное время, не изменяя особенно своих морфологических свойств: они сохраняют в принципе способность к делению, превращаясь в камбиальные, стволовые клетки (например, в кроветворной ткани). Чаще потеря (хотя бы и временная) способности делиться сопровождается появлением способности к специализации, к дифференцировке. Такие дифференцирующиеся клетки

выходят из цикла, но в особых условиях могут снова входить цикл.

10 Вопрос.Митотическая активность разных тканей

Каждой ткани присущ определенный уровень митотической активности. О митотической активности обычно судят на основании вычисления митотического индекса, под которым понимают отношение числа митозов к общему числу клеток ткани.Высокий уровень митотической активности наблюдается в таких тканях, как слизистая тонкого кишечника, роговица, костный мозг. Клеточное обновление в них происходит очень быстро.

Надпочечник, щитовидная железа, печень, поджелудочная железа обладают низким уровнем митотической активности. Существуют и так называемые «вечные» ткани (нервная система), вкоторых клеточного деления не происходит.

11 Вопрос.Эндомитоз и политения

12 Вопрос.Амитоз

Амитоз (или прямое деление клетки), происходит в соматических клетках эукариот реже, чем митоз. Впервые он описан немецким биологом Р. Ремаком в 1841г., термин предложен гистологом В. Флеммингом позднее – в 1882г. В большинстве случаев амитоз наблюдается в клетках со сниженной митотической активностью: это стареющие или патологически измененные клетки, часто обреченные на гибель (клетки зародышевых оболочек млекопитающих, опухолевые клетки и др.). При амитозе морфологически сохраняется интерфазное состояние ядра, хорошо видны ядрышко и ядерная оболочка. Репликация ДНК отсутствует. Спирализация хроматина не происходит, хромосомы не выявляются. Клетка сохраняет свойственную ей функциональную активность, которая почти полностью исчезает при митозе. При амитозе делится только ядро, причем без образования веретена деления, поэтому наследственный материал распределяется случайным образом. Отсутствие цитокинеза приводит к образованию двуядерных клеток, которые в дальнейшем не способны вступать в нормальный митотический цикл. При повторных амитозах могут образовываться многоядерные клетки.

Факторы, влияющие на митотическую активность:

суточная периодизация, факторы внутренней среды (нейрогуморальные влияния),факторы внешней среды (температура, свет, радиация), нарушение ядерно — цитоплазматических отношений, продукты распада и энергии в клетке.

Отдельные ткани характеризуются различной митотической активностью. Все ткани по митотической активности делятся на три группы: стабильные, растущие, обновляющиеся популяции.

Стабильные клеточные популяции — это группы клеток, не обнаруживающие митотической активности. Например, это нервные клетки, их характерными особенностями являются увеличение объема и рост.

Растущие клеточные популяции — это группа клеток, среди которых беспорядочно встречается митоз. Например, митозы нередко обнаруживаются среди клеток поджелудочной железы, почек, гепатоциты печени. Врачу необходимо помнить о замечательной способности растущих популяций увеличивать митотическую активность при определенных воздействиях. Так, после удаления почки наступает гипертрофия оставшейся.

Читайте также: Какие бывают ткани для шитья технология

Обновляющиеся клеточные популяции — это группы клеток, среди которых митотическая активность очень высока (служат незрелые эритроциты, клетки в ходе заживления ран, малодифференцированные клетки эпителия кишечника, базальные клетки эпидермиса, клетки семенников в зоне размножения). Характерной особенностью этих клеток, является уравновешивание избыточного количества клеток их утратой. Нарушение этого состояния приводит к развитию опухолевых процессов.

Существует 4 вида репродукции (размножения) клеток: амитоз, митоз, мейоз, эндомитоз.

Эндомитоз- это внутренний митоз, при котором удвоенное число хромосом остаётся в одном ядре. Во время эндомитоза число хромосом удваивается, но деление клетки (цитокинез, цитотомия) не происходит. Эти клетки удваивают ДНК, но не вступают в митоз. Полиплоидные клетки могут вновь вступать в S – период и снова увеличивать свою плоидность. Эндорепродукция, характеризуется увеличением объёма клетки, количества ДНК в хромосомах. Клетка становится гипертрофированной, в таких клетках увеличивается ядро и объём цитоплазмы.

Образование полиплоидных клеток в результате разрушения веретена деления. Б — образование полиплоидных клеток: /—в норме, //—при разрушении веретена деления колхицином

Эндорепродукция не приводит к увеличению числа клеток, а лишь повышает их функциональную активность. Результатом эндомитоза является образование полиплоидных клеток. 2п + п = 3п, 4п, 5п, 6п, 7п…

Гаплоидный (In), диплоидный (2п) и полиплоидные (Зп, 6п, 9п) наборы хромосом в клетках растений

Способностью к эндорепродукции обладают не все клетки. Наиболее характерен для клеток печени, поджелудочной железы, эпителия мочевого пузыря, наблюдается у растений.

Морфологические критерии эндомитоза:

ядро и цитоплазма не делятся

происходит репликация ДНК

увеличивается число хромосом

образуются полиплоидные клетки

увеличивается объем клетки.

Полиплоидия может быть вызвана действием на клетку альтернирующих факторов (колхицин, УФ, рентген, радиация, наркотики), при этом нарушается митотический аппарат и хромосомы в анафазе не расходятся к полюсам образуются полиплоидные клетки.

Политения. Политения возникает в результате многократной эндорепликации ДНК. Количество хромосом не увеличивается.

1.В результате политении образуются гигантские или политенные хромосомы, содержащие в 30000 раз больше ДНК, чем в обычных хромосомах.

2.Морфологические критерии политенных хромосом:

состоят из темных дисков (гетерохроматин)

междисковых светлых зон (эухроматин)

имеются вздутия или пуфы или кольца Бальбиани (в кольцах Бальбиани максимально разрыхленный, деконденсированный хроматин, активно транскрибируемый).

3. Пуфы возникают на местах некоторых дисков за счёт разрыхления и деконденсации. Пуф является местом интенсивной транскрипции и генной активности.

4. Рисунок и чередование дисков постоянны для каждой хромосомы и не зависит от ткани. Это явление иллюстрирует однозначность генетической информации в каждой клетке.

5.Расположение пуфов произвольно для различных тканей. Они появляются в процессе онтогенеза.. Генетическая информация пуфов необходима для специализации и дифференцировки клеток.