Ученые исследовали процесс возобновления деления клеток

Процесс деления клетки

Ученые исследовали процесс возобновления деления клеток

Индивидуальное развитие (онтогенез) любого организма начинается с одной клетки. Эта клетка подвергается процессу деления, что для одноклеточных организмов равнозначно размножению, а для многоклеточных — формированию нового организма. Поэтому процессы деления клеток имеют большое значение в жизни любых организмов.

По характеру протекания процесса деления клетки различают прямое деление (амитоз) и непрямое деление (митоз). При амитозе и митозе дочерние клетки получают диплоидный набор хромосом и количество ядерного вещества составляет «2n».

В результате вышеназванных видов деления образуются соматические клетки (клетки тела). При образовании спор (у растений) и гамет (у животных) происходит непрямое деление с уменьшением числа хромосом в два раза. Этот вид деления клеток называют мейозом.

В данном подразделе будут рассмотрены амитоз и митоз.

Краткая характеристика амитоза

Деление, при котором строение делящейся клетки практически не претерпевает существенных изменений, называется амитозом, или прямым делением.

В процессе амитоза клетка и ядро удлиняются, образуется перетяжка и в конечном результате из одной родительской клетки возникают две дочерние. Амитотически делятся клетки амебы и других простейших одноклеточных организмов.

Недостатком амитоза является то, что возможно неравномерное распределение ядерного вещества между дочерними клетками, что может способствовать вырождению данного вида. Этот тип деления встречается довольно редко, а у высокоорганизованных организмов не встречается совсем.

Общая характеристика митоза

Процесс деления клетки, при котором её строение подвергается существенным изменениям, возникновением новых структур и реализацией строго определенных стадий, называется непрямым делением, или митозом.

При митозе дочерние клетки получают диплоидный набор хромосом и такое же количество ядерного вещества, которое характерно для нормально функционирующей соматической родительской клетки.

Митоз осуществляется при размножении соматических (клеток тела) клеток, например, в меристемах (тканях роста) растений или в активных зонах деления у животных (в кроветворных органах, в коже и т. д.). Для животных организмов состояние деления характерно в молодом возрасте, но оно может осуществляться и в зрелом возрасте в соответствующих органах (кожа, органы кроветворения и др.).

Митоз представляет собой последовательность строго определенных процессов, которые протекают по стадиям. Митоз состоит из четырех фаз: профазы, метафазы, анафазы и телофазы. Общая длительность митоза составляет 2-8 часов. Рассмотрим фазы митоза более подробно.

1. Профаза (первая фаза митоза) — самая длительная. Во время профазы в ядре появляются хромосомы (за счет спирализации молекул ДНК). Ядрышко растворяется. Четко проявляются все хромосомы. Центриоли клеточного центра расходятся к разным полюсам клетки и между центриолями формируется «веретено деления». Ядерная оболочка растворяется, и хромосомы попадают в цитоплазму. Профаза завершается.

Следовательно, в результате профазы формируется «веретено деления», состоящее из двух центриолей, находящихся в разных полюсах клетки и связанных между собой двумя типами нитей — опорными и тянущими. В цитоплазме имеется диплоидный набор хромосом, каждая из которых содержит двойное (по отношению к норме) количество ядерного вещества и имеет перетяжку вдоль большой оси симметрии.

2. Метафаза (вторая фаза деления). Иногда ее называют «фаза звезды», так как при виде сверху хромосомы образуют некоторое подобие звезды. Во время метафазы хромосомы выражены в наибольшей степени.

В метафазе хромосомы перемещаются в центр клетки и прикрепляются центромерами к тянущим нитям веретена, что приводит к возникновению строго упорядоченной структуры расположения хромосом в клетке.

После прикрепления к тянущей нити каждая хроматиновая нить разделяется на две части, за счет чего каждая хромосома напоминает как бы слепленные в районе центромеры хромосомы.

В конце метафазы центромера разделяется вдоль (параллельно хроматиновым нитям) и образуется тетраплоидное количество хромосом. На этом метафаза завершается.

Итак, в конце метафазы возникает тетраплоидное количество хромосом (4n), одна половина которых прикреплена к нитям, тянущим эти хромосомы к одному полюсу, а вторая половина — к другому полюсу.

3. Анафаза (третья фаза, следует за метафазой). При анафазе (начальный период) тянущие нити веретена сокращаются и за счет этого хромосомы расходятся к разным полюсам делящейся клетки. Каждая из хромосом характеризуется нормальным количеством ядерного вещества.

К концу анафазы хромосомы концентрируются у полюсов клетки, а на опорных нитях веретена в центре клетки (на «экваторе») возникают утолщения. На этом анафаза завершается.

4. Телофаза (последняя стадия митоза). Во время телофазы происходят следующие изменения: возникшие в конце анафазы утолщения на опорных нитях увеличиваются и сливаются, образуя первичную мембрану, отделяющую одну дочернюю клетку от другой.

В итоге возникают две клетки, содержащие диплоидный набор хромосом (2n). На месте первичной мембраны образуется перетяжка между клетками, которая углубляется, и к концу телофазы одна клетка отделяется от другой.

Одновременно с формированием клеточных оболочек и разделением исходной (материнской) клетки на две дочерние происходит окончательное формирование молодых дочерних клеток.

Хромосомы мигрируют в центр новых клеток, тесно сближаются, молекулы ДНК деспирализуются и хромосомы как отдельные образования исчезают.

Вокруг ядерного вещества формируется ядерная оболочка, возникает ядрышко, т. е. происходит формирование ядра.

В это же время формируется и новый клеточный центр, т. е. из одной центриоли образуется две (за счет деления), между возникшими центриолями появляются тянущие опорные нити. Телофаза на этом завершается, а вновь возникшие клетки вступают в свой цикл развития, который зависит от местонахождения клеток и их будущей роли.

Путей развития дочерних клеток несколько. Один из них состоит в том, что вновь возникшие клетки специализируются на выполнении конкретных функций, например, становятся форменными элементами крови. Пусть часть из этих клеток становится эритроцитами (красными кровяными тельцами).

Такие клетки растут, достигая определенного размера, затем они теряют ядро и заполняются дыхательным пигментом (гемоглобином) и становятся зрелыми, способными к выполнению своих функций.

Для эритроцитов — это способность реализации газообмена между тканями и органами дыхания, осуществляя перенос молекулярного кислорода (O2) из органов дыхания к тканям и углекислый газ из тканей к органам дыхания. Молодые эритроциты попадают в кровяное русло, где функционируют 2-3 месяца, а затем погибают.

Вторым путем развития дочерних клеток тела является вступление их в митотический цикл.

Краткая характеристика митотического цикла

Митотический цикл — это временной отрезок существования клетки от одного деления до другого, включающий митоз (время деления, при котором из родительской клетки появляются две дочерние), и интерфазу (время, в течение которого возникшие клетки становятся способными к новому делению).

Следовательно, митотический цикл состоит из двух временных пластов: времени митоза и времени интерфазы. Интерфаза занимает 24/25 от всего митотического цикла и подразделяется на три периода. Ниже кратко охарактеризованы периоды интерфазы.

1. Пресинтетический период (G1). Он начинается сразу после полного завершения телофазы и составляет примерно половину времени интерфазы. В этот период на деспирализованных хромосомах (деспирализованных молекулах ДНК) происходит синтез РНК всех видов. В ядрышках образуются зародыши рибосом.

В митохондриях интенсивно синтезируется АТФ, т. е. в клетке накапливается энергия в «удобной» для организма форме (она может в дальнейшем легко использоваться в процессах синтеза нужных организму веществ).

Одновременно протекает интенсивный синтез молекул белка. Все эти процессы подготавливают синтетический период, в котором происходит синтез ДНК.

2. Синтетический период (S).

Во время этой стадии интерфазы синтезируется ДНК, т. е. происходит редупликация, или репликация. Под влиянием ферментов двойные цепи ДНК превращаются в одинарные и на них по принципу комплементарности (взаимодополнения) возникают новые двойные цепи ДНК.

В конце синтетического периода в клетке возникает тетраплоидное количество ДНК (4c), но сохраняется диплоидный набор хромосом (2n).

После того как в клетках возникает тетраплоидное количество вещества, синтетический период завершается и клетка вступает в последний период интерфазы — постсинтетический.

3. Постсинтетический период (G2).

Этот период завершает интерфазу. Он относительно короток во времени. В течение данного периода происходит дополнительный синтез белков и АТФ. Клетки достигают предельных размеров, в них окончательно формируются все структуры. В конце постсинтетического периода клетки готовы к новому делению.

В заключение необходимо отметить, что синтез веществ происходит во все периоды интерфазы. Выделение синтетического периода связано с тем, что его существенным отличием от других периодов является то, что в это время синтезируется ДНК, ее в клетке становится вдвое больше нормы и это создает предпосылки для нового деления клетки.

Продолжительность митотического цикла определяют по формулам:

Ц = М + И

Ц = М + G1 + S + G2, где М — продолжительность митоза; И — продолжительность интерфазы; G1 — продолжительность пресинтетического периода; S — продолжительность синтетического периода; G2 — продолжительность постсинтетического периода; G1 + G2 + S = И.

Источник: https://www.polnaja-jenciklopedija.ru/biologiya/protsess-deleniya-kletki.html

Ученые исследовали процесс возобновления деления клеток

Ученые исследовали процесс возобновления деления клеток

Ученые, используя деление дрожжей, идентифицировали основные гены клеток в состоянии покоя, которые  переключают то состояние обратно в режим деления. Ученые надеются, что понимание данного механизма поможет разработать новые методы лечения рака.

Что нам известно о росте и делении клеток?

Во всех живых организмах клетки размножаются, когда питательные и экологические условия благоприятны для деления. Наличие достаточного питания с источником азота является одним из основных решающих факторов, необходимых для инициирования процесса деления клеток, поскольку азот необходим для получения ДНК, РНК и белка.

Когда внешний источник азота отсутствует, клетки должны перерабатывать внутриклеточный источник азота и оставаться в состоянии покоя, известном как фаза G0. Среда содержит избыточный источник энергии в виде углерода (глюкоза), так что метаболизм клеток G0 в мозге или в мышцах полностью активен.

В фазе G0 клетки меняются на формы, отличные от режима деления, и они изменяют способ, с помощью которого они работают, чтобы справиться с дефицитом источника азота, реактивировать для деления только при благоприятном и достаточном количестве азота.

Эта способность клеток перезапускать процесс деления клеток называется митотической компетентностью (MC).

«Важное значение имеет понимание того, как клетки G0 поддерживают свою способность делиться при благоприятных условиях», — говорит автор исследования Кеничи Саджики (Kenichi Sajiki), научный сотрудник лаборатории Мицухиро Янагида (Mitsuhiro Yanagida).

Материалы и методы обследования

Ученые из Окинавского института науки и технологии (OIST) определили 85 генов, необходимых для деления дрожжевых клеток, в условиях окружающей среды ограниченного питания, чтобы поддерживать их способность вернуться в режим деления.

Исследование проливает свет на генетическую природу, необходимую для отдыха клеток, таких  как раковые стволовые клетки, для реактивации и потенциального применения при разработке новых методов лечения рака.

Научная работа была опубликована в журнале Science Advances.

Для этого исследования Кеничи Саджики с соавторами изучили мутантные клеточных штаммы 3280 делящихся дрожжей, у которых присутствовал один из этих генов, или часть которых была удалена.

Дрожжевые клетки в активной фазе стимулировались для роста и размножения, получая необходимые питательные вещества. Затем подачу азота прекращали, чтобы индуцировать фазу G0. После индуцирования фазы G0 дрожжевые клетки поддерживались в этом состоянии в течение четырех недель. По истечении этого времени, возобновив подачу азота, они вернулись в фазу деления.

Результаты научной работы

Однако у 85 из всех 3280 мутантных штаммов дрожжей были выявлены более короткие периоды MC. Поэтому ученые предположили, что эти 85 пропавших генов необходимы для дрожжевых клеток для поддержания МС во время фазы G0.

К их удивлению, почти половина этих генов, как сообщается, были связаны с раком, что подразумевало тесную взаимосвязь между поддержанием MC в клетках G0 и злокачественным процессом в раковых клетках.

Как известно, стволовые клетки в раковой опухоли остаются в фазе G0, подвергаясь воздействию применяемых в настоящее время методов лечения рака, которые нацелены на подавление деления клеток, а затем активируются и начинают делиться снова.

У мутантных дрожжевых клеток с самым коротким МС отсутствует nem1, ген, связанный с дефосфорилированием белков. Дефосфорилирование представляет собой процесс, необходимый для передачи сигналов внутри клетки, что происходит путем изменения активности различных белков.

С другой стороны, клетки, лишенные генов, ответственных за ремоделирование структуры ДНК и деградацию ненужных материалов внутри клеток, демонстрировали более длительные периоды MC, что предполагает само по себе, что эти функции необходимы для продления фазы G0.

Эти наблюдения, таким образом, помогли идентифицировать латентный период, требуемый для поддержания МС.

В клетках, в которых отсутствует nem1, обнаруживаются ядра с ненормальной формой. Это есть результат потери контроля в сигнальном пути, ответственного за деградацию клеток.

Саджики также обнаружил, что Nem1 дефосфорилирует еще один продукт гена — Ned1, который контролирует липидный баланс внутри клеток, и дисфункция которого приводит к распаду ядра.

Таким образом, это подтверждает ассоциацию двух генов nem1-ned1, играющих важную роль в защите ядра при переходе клетки от пролиферации к покою, что приводит к чрезмерной деградации внутриклеточных компонентов при сохранении MC.

Эта связь nem1 как регулятора и ned1 как цели также предлагает новую структуру генетической сети для поддержания MC, поскольку поддерживающие исследования показали, что nem1 требуется для поддержания MC исключительно в фазе G0, тогда как ned1 требуется как в G0, так и в фазе деления. Некоторые гены могут работать как специальные G0-переключатели. Ученые идентифицировали около 80 таких генов для каждой группы.

Выводы

Янагида говорит: «Это исследование является настоящим прорывом для нашего понимания того, как MC поддерживается внутри клеток G0.

Для поддержания MC необходимы две группы генов, каждая из которых имеет менее 100 звеньев, и по крайней мере в одном случае Nem1 и Ned1, каждый из которых представлял две группы и непосредственно взаимодействовал для дефосфорилирования белка. Идентифицировали новый класс из 85 генов GZE».

Авторы другого исследования утверждают, что накопление продукта метаболизма клеток связано с ростом опухоли почки.

Перед применением советов и рекомендаций, изложенных на сайте Medical Insider, обязательно проконсультируйтесь с врачом.

Приглашаем подписаться на наш канал в Яндекс Дзен

 

Источник: https://medicalinsider.ru/news/uchenye-issledovali-process-vozobnovleniya-deleniya-kletok/

Нейрогенез: нервные клетки восстанавливаются или нет?

Ученые исследовали процесс возобновления деления клеток

Нейроны головного мозга формируются в период пренатального развития. Происходит это за счет разрастания определенного вида клеток, их передвижений, а затем дифференцирования, во время которого они меняют свою форму, размер и функции.

Большая часть нейронов гибнет еще во время внутриутробного развития, многие продолжают это делать после рождения и на протяжении всей жизни человека, что заложено генетически.

Но вместе с этим явлением происходит и другое – восстановление нейронов в некоторых мозговых отделах.

Процесс, при котором происходит формирование нервной клетки (как в пренатальном периоде, так и жизненном), носит название «нейрогенез».

Широко известное утверждение, что нервные клетки не восстанавливаются когда-то сделал в 1928 году Сантьяго Рамон-И-Халем – испанский ученый-нейрогистолог.

Это положение просуществовало до конца прошлого века пока не появилась научная статья Э. Гоулд и Ч. Кросса, в которой приводились факты, доказывающие продуцирование новых клеток головного мозга, хотя еще в 60–80-х гг.

некоторые ученые пытались донести до научного мира это открытие.

Где восстанавливаются клетки

В настоящее время «взрослый» нейрогенез изучен на том уровне, который позволяет сделать вывод о том, где он происходит. Существуют две таких области.

  1. Субвентрикулярная зона (находится вокруг мозговых желудочков). Процесс регенерации нейронов в этом отделе совершается непрерывно и обладает некоторыми особенностями. У животных происходит миграция стволовых клеток (так называемых предшественниц) в обонятельную луковицу после их деления и превращения в нейробласты, где они продолжают свою трансформацию в полноценные нейроны. В отделе человеческого головного мозга происходит тот же самый процесс за исключением миграции – что, скорее всего, связано с тем, что для человека функция обоняния не так жизненно необходима, в отличие от животных.
  2. Гиппокамп. Это парный отдел головного мозга, который является ответственным за ориентацию в пространстве, закрепление запоминаний и формирование эмоций. Нейрогенез в этом отделе особенно активен – в сутки здесь появляется около 700 нервных клеток.

Некоторые ученые утверждают, что в человеческом мозге регенерация нейронов может происходить и в других структурах – например, коре больших полушарий.

Современные представления о том, что образование нервных клеток присутствует во взрослом периоде жизни человека, открывает огромные возможности в изобретении методов лечения дегенеративных болезней головного мозга – Паркинсона, Альцгеймера и подобных, последствий черепно-мозговых травм, инсультов.

Ученые в настоящее время пытаются выяснить, что именно способствует восстановлению нейронов.

Так, установлено, что астроциты (особые нейроглиальные клетки), которые являются самыми устойчивыми после клеточного повреждения, производят вещества, стимулирующие нейрогенез.

Также предполагают, что один из факторов роста – активин А – в сочетании с другими химическими соединениями дает возможность нервным клеткам подавлять воспаление. Это, в свою очередь, способствует их регенерации. Особенности обоих процессов еще недостаточно изучены.

Влияние внешних факторов на процесс восстановления

Нейрогенез – это постоянный процесс, на который периодически могут негативно воздействовать различные факторы. В современной нейробиологии известны некоторые из них.

  1. Химиотерапия и лучевая терапия, применяющиеся в лечении раковых заболеваний. Клетки-предшественницы испытывают на себе влияние этих процессов и перестают делиться.
  2. Хронический стресс и депрессия. Количество клеток мозга, которые находятся в стадии деления, резко уменьшается в тот период, когда человек испытывает негативные эмоциональные чувства.
  3. Возраст. Интенсивность процесса формирования новых нейронов уменьшается к старости, что сказывается на процессах внимания и памяти.  
  4. Этанол. Установлено, что алкоголь повреждает астроциты, которые участвуют в производстве новых клеток гиппокампа.

Положительное воздействие на нейроны

Перед учеными стоит задача – изучить как можно полнее эффекты воздействия внешних факторов на нейрогенез с целью того, чтобы понять, как зарождаются те или иные болезни и что может способствовать их излечению.

Исследование формирования нейронов мозга, которое проводилось на мышах, показало, что физические нагрузки напрямую влияли на деление клеток.

Бегающие в колесе животные давали положительные результаты по сравнению с теми, кто сидел без дела. Этот же фактор положительно сказался в том числе и на тех грызунах, которые имели «пожилой» возраст.

Кроме того, нейрогенез усиливали умственные нагрузки – решение задач в лабиринтах.

В настоящее время интенсивно проводятся эксперименты, которые ставят своей целью поиск веществ или других терапевтических воздействий, способствующих формированию нейронов. Так, в научном мире известно о некоторых из них.

  1. Стимуляция процесса нейрогенеза с помощью биоразлагаемых гидрогелей показала положительный результат на культурах стволовых клеток.
  2. Антидепрессанты не только позволяют справиться с клинической депрессией, но и влияют на восстановление нейронов у страдающих этим заболеванием. В связи с тем, что исчезновение симптомов депрессии при лекарственной терапии происходит примерно за один месяц, а процесс регенерации клеток занимает столько же, ученые выдвинули предположение, что появление этой болезни напрямую зависит от того, что нейрогенез в гиппокампе замедляется.
  3. В исследованиях, направленных на изучение поиска способов восстановления тканей после ишемического инсульта, было установлено, что периферийная стимуляция головного мозга и физиотерапия усиливали нейрогенез.
  4. Регулярное воздействие агонистами дофаминовых рецепторов стимулирует восстановление клеток после их поражения (например, при болезни Паркинсона). Важным для этого процесса является различная комбинация лекарственных средств.
  5. Введение тенасцина-С – белка межклеточного матрикса – воздействует на клеточные рецепторы и повышает регенерацию аксонов (отростков нейронов).

Применение стволовых клеток

Отдельно необходимо сказать о стимуляции нейрогенеза посредством введения стволовых клеток, которые являются предшественниками нейронов. Этот метод является потенциально действенным в качестве лечения дегенеративных болезней головного мозга. В настоящее время он проводился только на животных.

Для этих целей используются первичные клетки зрелого мозга, сохранившиеся еще со времен эмбрионального развития и способные к делению. После деления и трансплантации они приживаются и превращаются в нейроны в тех самых отделах, уже известных как места, в которых осуществляется нейрогенез – субвентрикулярной зоне и гиппокампе. В других областях они образуют глиальные клетки, но не нейроны. 

После того, как ученые поняли, что нервные клетки восстанавливаются из нейрональных стволовых, они предположили, возможность стимуляции нейрогенеза посредством других стволовых клеток – кровяных. Правда оказалась в том, что они проникают в мозг, но образуют двуядерные клетки, сливаясь с существующими уже нейронами.

Основная проблема метода заключается в незрелости «взрослых» стволовых клеток головного мозга, поэтому существует риск того, что после пересадки они могут не дифференцироваться или погибнуть.

Задача исследователей состоит в том, чтобы определить, что конкретно заставляет стволовую клетку перейти в нейрон.

Это знание позволит после забора «дать» ей нужный биохимический сигнал для начала трансформации.

Еще одно серьезное затруднение, встречающееся на пути внедрения этого метода в качестве терапии, – бурное деление стволовых клеток после их трансплантации, что в трети случаев приводит к образованию раковых опухолей.

Итак, в современном научном мире вопрос о том, происходит ли формирование нейронов, не стоит: уже не только известно, что нейроны могут восстанавливаться, но и, в некоторой степени, определено, какие факторы могут влиять на этот процесс. Хотя основные исследовательские открытия в этой сфере еще впереди.

Оцените эту статью:

Всего : 259

3 259

Источник: https://mozgius.ru/zdorovie/vliyanie/nejrogenez.html

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.