Роль цитоскелета в упорядоченной локализации и распределении органелл клеток высших растений

• Автор: Ван Вэньчжу
• Шифр специальности: 03.03.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 100 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1. Сравнение функций цитоскелета в клетках животных и растений
1.2. Клетки растений, используемые для изучения роли цитоскелета в транспорте и упорядоченной локализации органелл
1.2.1. Пыльцевые трубки
1.2.2. Культивируемые суспензионные клетки
1.2.3. Клетки листа
1.2.4. Клетки корня
1.3. Моторные белки растений
1.3.1. Кинезины и динеин
1.3.2. Миозины
1.4. Роль цитоскелета в упорядоченной локализации внутриклеточных органелл
1.5. Особенности организации аппарата Гольджи растений
1.6. Особенности организации ЭПР в клетках растений
1.7. Постановка цели исследования
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКИ
2.1. Объект исследования
2.2. Инкубация с колхицином
2.3. Инкубация с латрункулином
2.4. Иммуноцитохимическое и цитохимическое выявление элементов цитоскелета и клеточных органелл
2.4.1. Двойное окрашивание на микротрубочки и ЭПР
2.4.2. Двойное окрашивание на микротрубочки и аппарат Гольджи
2.4.3. Двойное окрашивание на актиновые филаменты и аппарат Гольджи
2.4.4. Двойное окрашивание на актиновые филаменты и ЭПР
2.5. Электронная микроскопия
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ
3.1. РОЛЬ МИКРОТРУБОЧЕК В РАСПОЛОЖЕНИИ АППАРАТА ГОЛЬДЖИ
3.1.1. Локализация аппарата Гольджи относительно микротрубочек в контрольных клетках
3.1.2. Локализация аппарата Гольджи после разрушения микротрубочек колхицином
3.1.3. Локализация аппарата Гольджи при ингибировании сборки микротрубочек
3.1.4. Ультраструктура аппарата Гольджи
3.2. РОЛЬ МИКРОТРУБОЧЕК В РАСПОЛОЖЕНИИ ЭПР
3.2.1. Локализация ЭПР относительно микротрубочек в контрольных клетках
3.2.2. Локализация ЭПР после разрушения микротрубочек
3.2.3. Локализация ЭПР при ингибировании сборки микротрубочек
3.2.4. Ультраструктура ЭПР
3.3. РОЛЬ АКТИНОВЫХ ФИЛАМЕНТОВ В РАСПОЛОЖЕНИИ АППАРАТА ГОЛЬДЖИ
3.3.1. Локализация аппарата Гольджи и актиновых филаментов в контрольных клетках
3.3.2. Локализация аппарата Гольджи после разрушения актиновых филаментов
3.3.3. Ультраструктура аппарата Гольджи
3.4. РОЛЬ АКТИНОВЫХ ФИЛАМЕНТОВ В РАСПОЛОЖЕНИИ ЭПР
3.4.1. Локализация ЭПР относительно актиновых филаментов в контрольных клетках
3.4.2. Локализация ЭПР после разрушения актиновых филаментов
3.4.3. Ультраструктура ЭПР
ГЛАВА 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
4.1. Сравнение объектов исследования и методических подходов
4.2. Цитоскелет и внутриклеточная организация
4.3. Сравнительный анализ полученных результатов
4.3.1. Микротрубочки: аппарат Гольджи и ЭПР
4.3.2. Актиновые филаменты: аппарат Гольджи и ЭПР
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Цитоплазма клеток эукариот представляет собой сложно организованную систему функционирующих комплексов, от взаимного расположения которых зависят многие внутиклеточные процессы, влияющие на рост, морфогенез и дифференцировку тканей многоклеточных организмов. Хорошо известно, что цитоплазма подразделяется на специализированные структурно-функциональные домены или компартменты (Cheung and Wu, 2007; van Zutphen and van der Klei, 2011), и расположение органелл в тех или иных компартментах зависит от функциональной нагрузки, характера роста клеток, стадий дифференцировки, от поступающих в клетку сигналов. Изменение этих параметров вызывает перемещение органелл, реорганизацию цитоплазмы и формирование новых доменов. Перемещение органелл происходит в ходе внутриклеточного транспорта при участии элементов цитоскелета - микротрубочек и актиновых филаментов, и связанных с ними моторных белков. Актиновые филаменты и ассоциированные с ними моторные белки миозины вносят вклад в движение везикулярных органелл (Hehnly and Stamnes, 2007). Координированное действие плюс- и минус-конец ориентированных моторных белков микротрубочек (кинезинов и динеина) создает направленное перемещение и сортировку в цитоплазме митохондрий, лизосом, эндосом, аппарата Гольджи, цистерн ЭПР, лероксисом, движение хромосом во время анафазы А и расхождении полюсов веретена во время анафазы В в митозе (Vale, 2003).
Следовательно, транспорт сопровождается перераспределением органелл, изменением их расположения в цитоплазме, и, следовательно, ведет к реорганизации всей цитоплазмы, в том числе и ее структурно-функциональных доменов. Однако, возникает вопрос, какие механизмы удерживают органеллы в определенных цитоплазматических доменах. Цитоплазма содержит множество мегамолекулярных ансамблей, которые специализируются для выполнения разных метаболических и биохимических процессов, и расположение этих ансамблей является неслучайным. В связи с этим, важной научной задачей является изучение механизмов, которые обеспечивают и поддерживают упорядоченную локализацию органелл в цитоплазме, а также регулируют реорганизацию цитоплазматических доменов и компартментов в ответ на внутренние или внешние сигналы, в ходе роста и дифференцировки клеток.
В клетках животных транспорт органелл на длинные расстояния обеспечивают микротрубочки, а актиновые филаменты поддерживают локальные перемещения. При этом, все элементы цитоскелета животных клеток, включая промежуточные филаменты, принимают участие в поддерживании упорядоченной локализации органелл в цитоплазме (Hehnley and Stamnes, 2007). Цитоскелет также играет важную роль в процессах роста.

изменений системы ЭПР в клетках (рис. 21 в). Однако при длительном действии колхицина (6 часов, и особенно 12-24 часов), когда сборка микротрубочек ингибируется, состояние ЭПР изменяется (рис. 21 г-з). Это выражается в том, что ровные и плоские цистерны/трубочки ЭПР группируются и укладываются параллельно друг другу в виде стопок, причем стопки могут быть как прямыми, так и неправильной формы (рис. 21 е, з). В стопках содержится до 10-12 цистерн (трубочек), и располагаются такие стопки как в околоядерной зоне, так и в периферической и кортикальной цитоплазме.
Таким образом, данные электронной микроскопии подтверждают результаты, полученные с помощью световой микроскопии, показывающие, что ингибирование сборки микротрубочек вызывает гипертрофические изменения системы ЭПР. Однако, эти изменения связаны не с набуханием или увеличением объема цистерн или трубочек ЭПР, а с формированием крупных локальных и упорядоченно организованных скоплений ЭПР.
3.3. РОЛЬ АКТИНОВЫХ ФИЛАМЕНТОВ В РАСПОЛОЖЕНИИ АППАРАТА ГОЛЬ ДЖИ
3.3.1. Локализация аппарата Гольджи и актиновых филаментов в контрольных клетках.
В отличие от системы микротрубочек, структура и расположение сети актиновых филаментов отличается в разных типах клеток и тканей растений, поэтому при описании результатов мы более подробно остановимся на том, как организована эта система в клетках, выделенных из корешков проростков пшеницы. В интерфазных клетках актиновые филаменты формируют пучки, которые располагаются в околоядерной и субкортикальной цитоплазме (в кортикальной цитоплазме располагаются микротрубочки). Околоядерные пучки лежат параллельно друг другу или образуют конусовидные конфигурации, их длина и ориентация в цитоплазме варьирует. Субкортикальные пучки всегда располагаются вдоль длинной оси клетки, лежат параллельно друг другу, переплетаются или образуют конусовидные схождения. В клетках с такой организацией системы актиновых филаментов, аппарат Гольджи располагается во всем объеме цитоплазмы и скапливается в околоядерной зоне (что также соответствует наблюдениям, описанным в части 1.1). Кроме этого, отчетливо прослеживается колокализация диктиосом с некоторыми околоядерными и субкортикальными пучками актина (рис 22, 23), что согласуется с результатами, других авторов (Robinson, 2003; Hawes, 2005). В G2 фазе актиновые филаменты формируют полярные шапочки на противоположных сторонах ядра и видны в кортикальной цитоплазме, где они образуют поясок в зоне расположения ППК. Аппарат Гольджи в это