Взаимодействие кинетохоров и микротрубочек: новый механизм движения хромосом

• Автор: Жуденков, Кирилл Владимирович
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 121 с.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1 Деление клетки

1.2 Структура микротрубочки и экспериментальные исследовании сил, развиваемых микротрубочкой

1.3 Динамика мнкротрубочек и хромосом.

1.4 Кинетохор структура и взаимодействие с микротрубочкой

1.4.1 Структура и функционирование кинетохора.

1.4.2 Сила, развиваемая микротрубочкой при взаимодействии с кинстохором

1.4.3 Роль молекулярных моторов во взаимодействии между микротрубочкой и кннетохором.

1.4.4 1комплекс и его роль в митозе

1.5 Экспериментальные исследования клеточной культу ры .

1.5.1 Приготовление срезов, микроскопия и трехмерная реконструкция
1.5.2 Получение изображений концов микротрубочек
1.5.3 Качественное описание структуры концов микротрубочек
1.5.4 Подход к исследованию подвижности, вызванной деполимеризацией микротрубочек i vi
1.6 Постановка задачи.
ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ДАНЫХ.
2.1 Описание программы расчета локальных кривизн
2.1.1 Особенности интерфейса программы расчета локальных кривизн и формат исходных данных
2.1.2 Изменение масштабов отображения протофиламентов и их кривизн в программе расчета локальных кривизн.
2.1.3 Алгоритмы вычисления кривизн отдельных протофиламентов
2.1.4 Определение усредненных кривизн и форм протофиламентов
2.1.5 Автоматический расчет наклона протофиламентов вблизи стенки микротрубочкн и группировка выбранных пользователем протофиламентов.
2.2 Сохранение результатов расчетов, произведенных с помощью программы расчета локальных кривизн.
2.3 Математическое моделирование кинетохорных структур, взаимодействующих с микротрубочкамн.
2.3.1 Описание модели.
2.3.2 Энергетические соотношения
2.3.3 Выбор параметров модели.
2.3.4 Результаты модели.
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ.
3.1 Детальное рассмотрение форм протофиламентов из кинетохорных микротрубочек.
3.1.1 Разнообразие форм протофиламентов на плюсконцах различных микротрубочек.
3.1.2 Отличие форм протофиламентов из микротрубочек i viv и i vi
3.1.3 Детальный анализ формы протофиламентов как способ изучения динамического состояния микротрубочек
3.2 Различия между формами протофиламентов i viv и i vi
3.2.1 Роль адгезии протофиламентов.
3.2.2 Факторы, влияющие на форму протофиламентов из кинетохорных микротрубочек
3.2.3 Изменение формы протофиламентов в различных фазах митоза.
3.3 Закрепление фибрилл на иротофнламентах кинетохорных микротрубочек
ГЛАВА 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
4.1 Новый способ взаимодействия микротрубочек с хромосомой.
4.1.1 Связывание протофиламентов с кинетохорными фибриллами и аспекты физиологии митотического веретена
4.1.2 Химия взаимодействия кинетохорных фибрилл и протофиламентов
4.1.3 Сравнение с опубликованными сведениями о структуре взаимодействия кинетохоров с микротрубочками
4.2 Связь форм протофиламентов средней кривизны с взаимодействием кинетохорными фибриллами.
4.3 Способность изогнутых протофиламентов поддерживать проиессивное движение хромосомы.
4.4 Роль фибриллярного кинетохорного комплекса .
ГЛАВА 5. ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Чтобы найти ответ на этот вопрос о строении механизма взаимодействия МТ и кинетохора, было проведено исследование методами ЭТ, позволившее изучить трехмерную структуру индивидуальных ПФ на плюсконцах МТ концах МТ, на которых происходит интенсивная полимеризация и деполимеризация тубулина и осуществляется закрепление МТ к кипстохору в митотических клетках i , . Данные методы получения и обработки данных позволили впервые получить детальную информацию о кривизнах ПФ в различных типах МТ. Около половины ПФ на плюсконцах КМТ имели кривизны, существенно отличающиеся от кривизн Ф в полимеризующихся и деполимеризующихся МТ i vi. Проведенные исследования показывают, что такие необычные формы ПФ возникают не за счет динамики МТ, а по причине наличия фибриллярных кинегохорных структур, взаимодействующих с концами КМТ. Цель работы Исследование механизма взаимодействия кинегохоров и микротрубочек в клетках высших эукариот . Разработать программный комплекс, позволяющий изучить детальную форму и кривизну протофиламенгов из различных микротрубочек. Провести анализ форм протофиламентов из экспериментальных данных и сравнить их с теоретическими данными, полученными в ходе моделирования взаимодействия микротрубочек с кинетохорами с помощью различных механизмов. Сформулировать представления о механизме закрепления протофиламентов на кинетохорах в клетках высших эукариот. Для детального анализа форм и кривизн Ф, полученных в экспериментах i . ПФ, но и производить автоматическую сортировку ПФ но углам наклона, что дало очен, интересный результат. Оказалось, что наборы ПФ по степени наклона и детальной кривизне существенно отличаются друг от друга для различных типов МТ, которым принадлежат данные ПФ. Программа позволили провести группировку ПФ, принадлежащих КМТ, и выявить среди них доминирующую по форме группу. Детальный анализ экспериментальных изображений данных ПФ позволил отчетливо наблюдать фибриллярную структуру, что явилось четким подтверждением новой гипотезы о механизме взаимодействия кинетохоров и МТ. Работа была проведена в тесном сотрудничестве экспериментальной и теоретической групп, что для современных исследований является необходимым качеством. Дело в том, что объект данного исследования Г1Ф и МТ имеет размеры единиц и десятков нанометров, и наблюдение его в динамике через световой микроскоп оказывается невозможным. Исследования методами ЭТ позволяют получать относительно четкие и даже трехмерные изображения, но не позволяют наблюдать объект в динамике и далеко не всегда дают возможность получить четкое не зашумленное изображение. ЭВМ по моделированию свойств этих микроскопических объектов, обработке экспериментальных изображений, проведения статистического анализа и оценке геометрических свойств данных объектов. Данная работа включает в себя один из важных компонентов любого современного биофизического исследования изучение биологических объектов физикоматематическими методами. Исследование механизмов деления клеток имеет большое значение для исследования развития раковых заболеваний. Дело в том, что большинство препаратов, которые применятся в современности для остановки неконтролируемого роста клеток, стабилизирует длину всех МТ и организме. Это позволяет остановить процесс митоза в клетках, но оказывает токсическое действие на здоровые клетки организма. Если бы препараты могли действовать более избирательно, например, только на специфические компоненты митотической системы, которые наиболее интенсивно работают в раковых клетках, то токсический эффект от таких препаратов должен быть малым. Понимание процессов, протекающих во время митоза, и, в частности, механизма взаимодействия МТ и кинстохора, может помочь в создании антираковых препаратов и методик лечения. Создана специальная программа, позволяющая анализировать кривизны сотен протофиламентов из микротрубочек одновременно, автоматически оценивать их наклон, сортировать протофиламенты по типам и проводить статистический анализ. Сравнение форм экспериментальных и теоретических протофиламентов в сочетании с детальным рассмотрением результатов экспериментов позволило предложить новый механизм сопряжения процесса деполимеризации микротрубочек с движением хромосом в клетках высших эукариот.