αρατηρώντας στο µικροσκ πιο ζωντανά κ τταρα αντιλαµβαν µαστε

Transcript

1 KEºA AIO 4 Ô ÂÚ K ÙÙ ÚÔÛÎÂÏÂÙÔ KYTTAPO KE ETO Π αρατηρώντας στο µικροσκ πιο ζωντανά κ τταρα αντιλαµβαν µαστε να γίνεται µια συνεχής κίνηση µέσα σ αυτά.eπίσης και η κυτταροπλασµατική µεµβράνη βρίσκεται σε µια συνεχή κινητική διεργασία.h κίνηση αυτή δίνει την εικ να µετατροπής µιας υδαρο ς φάσης σε µια πηκτή.h ανάπτυξη των µικροσκοπίων, καθώς και η συµβολή της βιοχη- µείας βοήθησαν ώστε να µελετηθεί καλ τερα η παρατηρο µενη κίνηση των κυττάρων.mε το ηλεκτρονικ µικροσκ πιο καταφέραµε να παρατηρήσουµε ένα ινώδες σ στηµα κοντά στην κυτταροπλασµατική µεµβράνη.συγχρ νως, η βιοχηµεία πέτυχε να αποµονώσει µερικές ουσίες απ τα κ τταρα που κάτω απ ορισµένες συνθήκες µπορο σαν µέσα στο δοκιµαστικ σωλήνα απ την υδαρή κατάσταση να µεταπέσουν σε ινώδη µορφή.m λις οι επιστήµονες κατάφεραν να αποµονώσουν αντισώµατα για τα πρωτεϊνικά αυτά µ ρια και να τα εισαγάγουν µέσα σε κ τταρα, τ τε κάτω απ το µικροσκ πιο φθορισµο αντιλήφθηκαν τι η παρατηρο µενη πηκτώδης φάση που στο δοκιµαστικ σωλήνα έπαιρνε ινώδη µορφή, δηµιουργο σε ένα σ στηµα σκελετο που το ον µασαν κυτταροσκελετ (Eικ.43).Tο σ στηµα αυτ σταδιακά µελετήθηκε σε λα τα ζώντα κ τταρα, ανώτερα και κατώτερα, φυτικά και ζωικά.bρέθηκε τι είναι υπε θυνο για τη διατήρηση του σχήµατος των κυττάρων, καθώς και για κάθε είδους κίνηση που παρατηρείται στα κ τταρα είτε αυτή η κίνηση είναι εξωτερικά του κυττάρου είτε µέσα σ αυτ.γνωρίζουµε σήµερα τι µεγάλος αριθµ ς πρωτεϊνικών µορίων συµβάλλει σ αυτή την κίνηση.tα µ ρια αυτά εκφράζονται και οργανώνονται διαφορετικά στα διάφορα είδη κυττάρων.mερικά απ αυτά τα πρωτεϊνικά µ ρια είναι: η µυοσίνη, η ακτίνη, η τροποµυοσίνη, η τροπονίνη, η α-ακτινίνη, η φιλαµίνη, η σπεκτρίνη, η τουµπουλίνη, η δεσµίνη, η κερατίνη, η κλαθρίνη, καθώς και µε- 73

2 KEºA AIO 4Ô ΠEPI KYTTAPOΣKEΛETOY γάλος αριθµ ς απ συνοδά µ ρια που διευκολ νουν την οργάνωση των µορίων αυτών. E IKONA 43 K ÙÙ ÚÔÛÎÂÏÂÙÈÎfi Û ÛÙËÌ ÓÒÙÂÚÔ Â Î Ú ˆÙÈÎÔ Î ÙÙ ÚÔ. (Mathopoulos, D.P. and Tzaphlidou, M. Micron Microsc. Acta, 1988). H κίνηση των κυττάρων διακρίνεται σε κίνηση εξωτερική, στην οποία συµβάλλουν κυρίως οι βλεφαρίδες και τα µαστίγια, και σε κίνηση εσωτερική που συµβάλλουν τα µικροϊνίδια, τα µυοϊνίδια, οι µικροσωλήνες, τα κεντρίδια, και τα βασικά σωµάτια.yπάρχει αλληλεξάρτηση εξωτερικών και εσωτερικών κινητικών στοιχείων για τον καλ τερο συντονισµ της κυτταρικής κίνησης. Mια τέτοια άµεση εξάρτηση παρατηρο µε µεταξ βλεφαρίδων και βασικών σωµατίων. I. BÏÂÊ Ú Â - M ÛÙ ÁÈ H δοµή των βλεφαρίδων και των µαστιγίων διαφέρει στους προκαρυωτικο ς και τους ευκαρυωτικο ς οργανισµο ς. Στους προκαρυωτικο ς οργανισµο ς οι βλεφαρίδες και τα µαστίγια είναι συνέχεια της κυτταροπλασµατικής µεµβράνης και προέρχονται απ τον πολυµερισµ µιας ουσίας που καλείται φλαζελίνη (Eικ.44). Στους ευκαρυωτικο ς οργανισµο ς οι βλεφαρίδες και τα µαστίγια διαφέρουν µ νο στο µέγεθος και τον αριθµ.έτσι, ένα βλεφαριδωτ κ τταρο έχει µεγάλο αριθµ βλεφαρίδων που το µήκος τους είναι 2-10 µικρά, ενώ ένα µαστιγοφ ρο κ τταρο έχει απ ένα έως λίγα µαστίγια που το µήκος τους είναι 100 έως 200 µικρά. H δοµή των βλεφαρίδων και των µαστιγίων δεν διαφέρει στους ανώτερους και κατώτερους ευκαρυωτικο ς οργανισµο ς.aυτή η οµοι τητα, ανεξάρτητα απ την εξέλιξη των κυττάρων, δηλώνει και την κοινή εξελικτική 74

3 KYTTAPOΣKEΛETOΣ E IKONA 44 ÚÔÎ Ú ˆÙÈÎ Ì ÛÙÈÁÔÊfiÚ Î ÙÙ Ú. AÓ appleúôû ÚÌÔÁ applefi Dyson, R.D., προέλευσή τους.στην λη συγκρ τηση µετέχει αρκετά µεγάλος αριθµ ς διαφορετικών πρωτεϊνών που χρησιµε ουν στην οργάνωσή τους, αλλά και στη ρ θµιση της κίνησής τους (Eικ.45).Bασικά αποτελο νται απ ένα κεντρικ ζε γος µικροσωλήνων που περιβάλλεται απ ένα πρωτεϊνικ κάλυµµα. Aκτινωτά προς αυτ και περιφερειακά αναπτ σσονται εννέα ζε γη µικροσωλήνων.aυτά συνδέονται µε το κεντρικ ζε γος µε ακτινωτές διασυνδέσεις. Aπ τα περιφερειακά ζε γη µικροσωλήνων ο ένας επικάθεται του άλλου ενώ ο πρώτος µικροσωλήνας φέρει δ ο πρωτεϊνικο ς βραχίονες που καλο νται βραχίονες δυνε νης (Eικ.46).Oι βραχίονες δυνε νης έχουν δράση ATPάσης (ενζ µου που διασπά το ATP) και κατά την κίνηση των βλεφαρίδων και των µαστιγίων συνδέονται µε το επ µενο ζε γος µικροσωλήνων. Eπειδή οι µικροσωλήνες είναι κατασκευασµένοι απ υποµονάδες σε διαδοχικά επίπεδα, η σ νδεση γίνεται µε το επ µενο ζε γος, αλλά του επ µενου ή προηγο µενου επιπέδου.kατ αυτ ν τον τρ πο επέρχεται κάµψη της βλεφαρίδας και του µαστιγίου. 75

4 KEºA AIO 4Ô ΠEPI KYTTAPOΣKEΛETOY E IKONA 45 ÔÌ Ì ÛÙÈÁ Ô Â Î Ú ˆÙÈÎÔ Î ÙÙ ÚÔ. AÓ appleúôû ÚÌÔÁ applefi Goldman, R. et al., E IKONA 46 È ÁÚ ÌÌ ÂÛˆÙÂÚÈÎ È ÌfiÚʈÛË Ì ÛÙÈÁ ˆÓ. AÓ appleúôû ÚÌÔÁ applefi Goldman, R. et al., Â͈ÙÂÚÈÎfi Ú ÔÓ Ó ÓË appleô Ó ÈÔ B appleô Ó ÈÔ A d 1 d2 È Û Ó ÂÛË ÌÂÙ Í Â ÁÒÓ ÌÈÎÚÔÛˆÏ ÓˆÓ d 8 d 9 ÂÛˆÙÂÚÈÎfi Ú ÔÓ Ó ÓË d 3 cm 8 cm 3 ÎÂÊ Ï È Û Ó ÂÛË ÎÂÓÙÚÈÎfi Î ÎÏˆÌ Á Ê Ú ÎÂÓÙÚÈÎÒÓ ÌÈÎÚÔÛˆÏ ÓˆÓ ÎÙÈÓˆÙ È Û Ó ÂÛË 76

5 KYTTAPOΣKEΛETOΣ II. B ÛÈÎ ÛˆÌ ÙÈ - KÂÓÙÚ È Oσυντονισµ ς της κίνησης των βλεφαρίδων και των µαστιγίων, στους οργανισµο ς που έχουν περισσ τερα απ ένα, επιτυγχάνεται απ το κ τταρο µε τη βοήθεια των βασικών σωµατίων.aυτά βρίσκονται στη βάση κάθε βλεφαρίδας και µαστιγίου.aποτελο νται απ 9 τριπλέτες µικροσωλήνων διατεταγµένες κυκλικά (Eικ.47). εν υπάρχει εσωτερικ ζε γος µικροσωλήνων.h µετάπτωση της βλεφαρίδας που βρίσκεται εξωτερικά προς το βασικ σωµάτιο που βρίσκεται εσωτερικά του κυττάρου είναι σταδιακή. E IKONA 47 È Ù ÍË ÛÈÎÔ ÛˆÌ Ù Ô. AÓ appleúôû ÚÌÔÁ applefi Alberts, B. et al., Για τον καλ τερο συντονισµ της κίνησης του συν λου των βλεφαρίδων εν ς κυττάρου (Eικ.48) συµµετέχουν και άλλες ινώδεις κατασκευές. E IKONA 48 ÓÙÔÓÈÛÌ ÓË Î ÓËÛË ÏÂÊ Ú ˆÓ Î ÙÙ ÚÔ. AÓ appleúôû ÚÌÔÁ applefi Dyson, R.D., Kάθε βασικ σωµάτιο στηρίζεται προς το εσωτερικ του κυττάρου απ µια άλλη σωληνοειδή κατασκευή που καλείται κεντρίδιο.kαι αυτ έχει διά- 77

6 KEºA AIO 4Ô ΠEPI KYTTAPOΣKEΛETOY ταξη εννέα τριπλετών κυκλικώς διατεταγµένων (Eικ.49). ιαφέρει ως προς το βασικ σωµάτιο καθ σον το κεντρίδιο αποτελείται απ δ ο σωληνοειδείς κατασκευές µικρο µεγέθους κάθετα διατεταγµένες µεταξ τους. Έχει παρατηρηθεί τι σε ένα κ τταρο, στο σηµείο που πρ κειται να εµφανιστεί µια βλεφαρίδα ή ένα µαστίγιο, παρουσιάζεται πρώτα ένας κεντριδιακ ς σχηµατισµ ς απ τον οποίο αναπτ σσεται σταδιακά ένα βασικ σω- µάτιο και απ αυτ ξεκινάει να οργανώνεται µια βλεφαρίδα. E IKONA 49 NÂÔ È ÈÚÂı ÓÙ ÎÂÓÙÚ È Î ÙÙ ÚÔ Ï ÁÔ appleúèó applefi ÙËÓ appleúfiê ÛË. AÓ appleúôû ÚÌÔÁ applefi Alberts, B. et al., Tα κεντρίδια επίσης συµβάλλουν στη διαίρεση του πυρήνα των κυττάρων καθ σον αποτελο ν τη βάση για το σχηµατισµ των αστέρων και της πυρηνικής ατράκτου (Eικ.50). Oι βλεφαρίδες, τα µαστίγια, τα βασικά σωµάτια και τα κεντρίδια είναι σχη- µατισµοί απ µικροσωλήνες οργανωµένους κατά ιδιαίτερο τρ πο.eκτ ς µως απ αυτο ς τους µικροσωλήνες υπάρχουν µέσα στο κ τταρο και άλλοι µικροσωλήνες διαφορετικά οργανωµένοι. 78

7 KYTTAPOΣKEΛETOΣ E IKONA 50 AÛÙ Ú apple ÚËÓÔ È ÚÂÛË. AÓ appleúôû ÚÌÔÁ applefi Dyson, R.D., III. MÈÎÚÔÛˆÏ Ó H µελέτη της κυτταροπλασµατικής κίνησης στα νευρικά κ τταρα στο τέλος της δεκαετίας του 1960 έδειξε τι η κίνηση αυτή οφειλ ταν σε δ ο κυτταρικά στοιχεία, τους νευροσωλήνες (µικροσωλήνες) και τα νευροϊνίδια (ενδιάµεσα ινίδια).aπ τ τε, η µελέτη των µικροσωλήνων γενικε τηκε σε λα τα ζωικά και φυτικά κ τταρα.eπειδή η µελέτη των κυττάρων στους οργανωµένους ιστο ς είναι πολ δ σκολη, για το λ γο αυτ ν για τη γενική µελέτη του κυτταροσκελετικο συστήµατος χρησιµοποιήθηκαν κ τταρα που ήταν διατηρηµένα µέσα στο εργαστήριο σε in vitro καλλιέργειες.aπ παρατηρήσεις που έγιναν σε κ τταρα στο εργαστήριο, βρέθηκε τι το σ στηµα των µικροσωλήνων συµβάλλει στη διατήρηση του σχήµατος, της κίνησης και της διαίρεσης των κυττάρων.eπίσης βρέθηκε τι υπάρχει σοβαρή µεταβολή του κυτταροσκελετικο συστήµατος αυτο κατά τη µετάπτωση των φυσιολογικών κυττάρων σε νεοπλασµατικά. 79

8 KEºA AIO 4Ô ΠEPI KYTTAPOΣKEΛETOY 1. Ì Î ÙÙ ÚˆÓ K άθε κ τταρο που βρίσκεται είτε σε έναν ιστ (φυσιολογικ κ τταρο) είτε σε in vitro καλλιέργεια στο εργαστήριο (κανονικ ή και νεοπλασµατικ κ τταρο), διαθέτει κάποιο σχήµα ανάλογα µε την προέλευσή του, δηλαδή αν είναι νευρικ, επιθηλιακ, µυϊκ ή ινοβλαστικ.mελετώντας τους µικροσωλήνες στα διάφορα κ τταρα παρατηρο µε τι αναπτ σσουν ένα εκτετα- µένο αναστοµο µενο δικτυωτ σ στηµα (Eικ.51) που συµβάλλει στη διατήρηση του σχήµατ ς τους.aυτ εκτείνεται σε λο το ε ρος του κυττάρου απ τις ακρ τερες περιοχές της κυτταροπλασµατικής µεµβράνης µέχρι και την περιοχή γ ρω απ τον πυρήνα. E IKONA 51 K ÙÙ ÚÔÛÎÂÏÂÙfi ÌÈÎÚÔÛˆÏ ÓˆÓ ÂappleÈıËÏÈ ÎÔ Î ÙÙ ÚÔ. AÓ appleúôû ÚÌÔÁ applefi Goldman, R. et al., Στην πυρηνική περιοχή το σ στηµα είναι πιο πολ πλοκο επειδή στην περιοχή αυτή το κ τταρο είναι πιο διογκωµένο. µως, ο πυρήνας των κυττάρων δεν διαθέτει καθ λου σκελετικ σ στηµα µικροσωλήνων. πως θα δο µε και πιο κάτω, αλλοίωση του συστήµατος αυτο συνεπάγεται και αλλοίωση του σχήµατος των κυττάρων. 80

9 K Y T TA P O Σ K E Λ E T O Σ 2. K ÓËÛË Î ÙÙ ÚˆÓ T η συµµετοχ των µικροσωλ νων στην κ νηση των κυττ ρων µ νο µµεσα µπορο µε να τη διαπιστ σουµε. Fταν κ τταρα βρ σκονται σε κυτταροκαλλι ργεια σταδιακ καλ πτουν λη τη δυνατ επιφ νεια. Mπορο µε σε µια πλ ρη κυτταρικ επιφ νεια να προξεν σουµε µια πληγ χρησιµοποι ντας µια βελ να (Eικ. 52). T τε, τα κ τταρα απ τα χε λη της πληγ ς αρχ ζουν να κινο νται προς το κ ντρο της µ χρις του κλε σει η πληγ. Aν τ ρα στην καλλι ργεια προσθ σουµε κολχικ νη, ουσ α που αναστ λλει την οργ νωση των µικροσωλ νων, EIKONA 52 E Ú ÛË ÙË ÎÔÏ ÈÎ ÓË ÛÙËÓ Î ÓËÛË ÙˆÓ Î ÙÙ ÚˆÓ. (1) K ÓÔÓÈÎ Î ÙÙ Ú, (2) Î ÙÙ Ú ÌÂ ÙËÓ ÚÔ Û ÎÔÏ ÈÎ ÓË, (3), (4), (5) ÂÍ ÏÈÍË ÏËÁ 0-12 ÒÚÂ ÛÂ Î ÓÔÓÈÎfi ıúâ ÙÈÎfi ÏÈÎfi, (6), (7) ÏËÁ Î Ùˆ fi ÙËÓ Â Ú ÛË ÎÔÏ ÈÎ ÓË ÁÈ 1/2 Î È 24 ÒÚÂ, (8) 24 ÒÚÂ ÌÂÙ ÙËÓ ÓÙÈÎ Ù ÛÙ ÛË ÙË ÎÔÏ ÈÎ ÓË fi Î ÓÔÓÈÎfi ıúâ ÙÈÎfi ÏÈÎfi. AÓ ÚÔÛ ÚÌÔÁ fi Goldman R. et al., ΓENIKEΣ APXEΣ BIOΛOΓIAΣ 6 81

10 82 CMYB KEºA AIO 4Ô ΠEPI KYTTAPOΣKEΛETOY τ τε παρατηρο µε τι η πληγή παραµένει ανοικτή, ενώ τα κ τταρα τείνουν να πάρουν σχήµα σφαιροειδές.aµέσως µ λις αποµακρ νουµε απ τα κ τταρα την κολχικίνη, αρχίζει η διαδικασία επο λωσης της πληγής.eπειδή η πληγή στην καλλιέργεια που δεν έχει υποστεί την επίδραση του αναστολέα κλείνει µε µετακίνηση των κυττάρων που βρίσκονται στα άκρα της, συµπεραίνουµε τι ο κυτταροσκελετ ς των µικροσωλήνων συµβάλλει στην κίνηση του κυττάρου πάνω στο υπ στρωµα που αναπτ σσεται. 3. È ÚÂÛË Î ÙÙ ÚˆÓ K άθε κ τταρο είτε βρίσκεται µέσα σε έναν ιστ είτε βρίσκεται σε καλλιέργεια, έχει ένα ορισµένο χρονικ διάστηµα µέσα στο οποίο πρ κειται να διαιρεθεί. Tο χρονικ αυτ διάστηµα καλείται κ κλος ζωής ή κυτταρικ ς κ κλος (Eικ.53). ταν έχουµε κ τταρα σε καλλιέργεια, ο κυτταρικ ς κ κλος διαρκεί περίπου 24 ώρες.tο χρονικ αυτ διάστηµα διακρίνεται στις ακ λουθες φάσεις: α) G 1, το χρονικ διάστηµα που το κ τταρο αναπτ σσεται µετά τη διαίρεσή του και προετοιµάζεται για τον επικείµενο διπλασιασµ του DNA. β) S, που έχουµε το διπλασιασµ του DNA. γ) G 2, το χρονικ διάστηµα κατά το οποίο το κ τταρο αναπτ σσεται µετά το διπλασιασµ του DNA και προετοιµάζεται για την ισοκατανοµή του γενετικο υλικο στα δ ο νέα κ τταρα που πρ κειται να προκ ψουν. δ) M, που το γενετικ υλικ κατανέµεται σε δ ο νέους πυρήνες.tο διάστηµα αυτ καλείται µίτωση.ε) D, το χρονι- E IKONA 53 K ÙÙ ÚÈÎfi Î ÎÏÔ. AÓ appleúôû ÚÌÔÁ applefi Dyson, R.D., M Ì ÙˆÛË D È ÚÂÛË 4 ÒÚÂ G 2 ÌÂÙ -DNA Û ÓıÂÛË G 1 appleúô-dna Û ÓıÂÛË 10 ÒÚÂ 9 ÒÚÂ S DNA Û ÓıÂÛË 82

11 KYTTAPOΣKEΛETOΣ κ διάστηµα που διαρκεί η διαίρεση του κυττάρου.tο κάθε ένα απ αυτά τα πέντε διαστήµατα έχει διαφορετική διάρκεια.tο µικρ τερο απ λα είναι η διαίρεση που διαρκεί µ λις λίγα λεπτά.oι φάσεις G 1 - S - G 2 καλο νται και µεσ φαση. H ανάπτυξη των µικροσωλήνων στο πολ πλοκο σκελετικ σ στηµα γίνεται κατά το χρονικ διάστηµα της µεσ φασης.mε το πέρας της µεσ φασης και την έναρξη της µίτωσης αρχίζει να αποδιοργανώνεται και το σ στηµα των µικροσωλήνων. Tο χρονικ διάστηµα της µίτωσης διακρίνεται σε επιµέρους φάσεις.oι φάσεις αυτές είναι η πρ φαση, η µετάφαση, η ανάφαση και η τελ φαση.σε κάθε µία απ τις φάσεις αυτές γίνονται χι µ νο διαφορετικές διεργασίες στον πυρήνα του κυττάρου για την ισοκατανοµή του DNA σε δ ο νέους πυρήνες, αλλά και διαφορετικές µεταβολές στην οργάνωση του κυτταροσκελετο των µικροσωλήνων (Eικ.54).Έτσι λοιπ ν κατά την πρ φαση εξαφανίζεται σταδιακά το σ στηµα των µικροσωλήνων και διπλασιάζονται τα κεντρίδια.aυτά έρχονται αντιδιαµετρικά ως προς τον πυρήνα και αρχίζουν να σχηµατίζονται οι αστέρες της πυρηνοδιαίρεσης και τα νηµάτια της ατράκτου.συγχρ νως εξαφανίζεται η πυρηνική µεµβράνη και αρχίζουν να οργανώνονται τα χρωµοσώµατα.kατά τη µετάφαση έχουµε πλήρως οργανωµένα τα νηµάτια της ατράκτου και τα χρωµοσώµατα επικάθονται σε αυτά για να E IKONA 54 OÚÁ ÓˆÛË Î ÙÙ ÚÔappleÏ ÛÌ ÙÈÎÒÓ ÌÈÎÚÔÛˆÏ ÓˆÓ Î Ù Ù È ÊÔÚ ÛÙ È ÙË Ì ÙˆÛË. ( ), ( ), (Á) È ÊÔÚ ÛÙ È appleúfiê ÛË. ( ) ÌÂÙ Ê ÛË. (Â), (ÛÙ) È ÊÔÚ ÛÙ È Ó Ê ÛË. ( ) ÙÂÏfiÊ ÛË. (Ë) Ï ÁÔ appleúèó applefi ÙË È ÚÂÛË ÙÔ Î ÙÙ ÚÔ. AÓ appleúôû ÚÌÔÁ applefi Goldman, R. et al., Á  ÛÙ Ë 83