BioScience Blog – Научный Биологический блог

Основные факторы, воздействующие на сердце при космическом полёте – это гипергравитация и невесомость. Известно, что при длительном воздействии невесомости наблюдается гипотрофия кардиомиоцитов левого желудочка, а при круглосуточном воздействии гипергравитационной перегрузки, напротив, наблюдается гипертрофия клеток этого отдела сердца. Ультраструктура при совместном влиянии этих факторов на сердце не описана, однако её изучение представляет несомненный практический интерес. В эксперименте были использованы самцы крыс линии Вистар. Для моделирования некоторых эффектов невесомости использовали антиортостатическое вывешивание, а для создания гипергравитации использовали центрифугу (2G). Крысы были вывешены круглосуточно в течение 24 суток, при этом их ежедневно, начиная с 5 суток, помещали на 1 час в условия 2О-гравитации, при этом вектор перегрузки действовал в направлении «спина-грудь». Постановка эксперимента осуществлялась на базе ГНЦ РФ – ИМБП под руководством ведущего научного сотрудника, к.м.н. И.Б. Краснова Анализ ультраструктуры продольноориентированных на пирамитоме кардиомиоцитов левого желудочка, проводился методом трансмиссионной электронной микроскопии на микроскопе Jem-ЮОС. В качестве контроля использовались кардиомиоциты интактных животных этой же линии. Проводился подсчёт количества межмитохондриальных контактов (ММК), как динамичный и универсальный показатель общего состояния митохондриома сердечномышечных клеток. Проверка достоверности отличий от контрольных значений проводилась в программе STATISTICA при помощи непараметрического U-теста Манна-Уитни. Электронномикроскопический анализ показал, что морфология основных органелл кардиомиоцитов сердца опытных крыс не сильно изменена относительно контрольной группы животных. Морфология ядер соответствует таковой в кардиомиоцитах интактных животных. Структура миофибрилл также соответствует контрольной (чётко выражены основные компоненты саркомеров). Следует отметить некоторое расширение саркоплазматического ретикулума. Наибольшее количество изменений обнаружено в энергопродуцирующем аппарате: характерен полиморфизм митохондрий – наряду с органеллами ортодоксальной морфологии встречаются конденсированные и слабонабухшие. Также обнаружены отличия в количестве ММК, приходящихся на 100 митохондрий; их количество достоверно увеличено относительно контроля по всем зонам кардиомиоцитов и составляет 66 в межфибриллярной, 89 в субсарколеммальной околососудистой и 80 в околоядерной, что достоверно выше контроля на 24, 19 и 32 ММК соответственно. Кроме того можно отметить визуальное увеличение объёмной плотности митохондрий в кардиомиоцитах опытных животных. В целом полученные данные свидетельствуют о том, что кардиомиоциты левого желудочка сердца крыс при попеременном действии гипергравитации и антиортостатического вывешивания указанной продолжительности работают в условиях определенной функциональной перегрузки.

Цитоскелет клеток высших растений представляет собой совокупность микротрубочек и актиновых филаментов, которые обеспечивают разные внутриклеточные функции. Предполагается, что транспорт разных внутриклеточных органелл, в том числе и диктиосом аппарата Гольджи, в клетках растений связан с системой актиновых филаментов. Однако, роль разных элементов цитоскелета в упорядоченной локализации органелл на разных стадиях клеточного цикла и в ходе роста и дифференцировки клеток изучена недостаточно. Поэтому целью нашей работы было установить, есть ли связь между локализацией и распределением аппарата Гольджи и системой актиновых филаментов в клетках меристемы корня пшеницы ТгШсит
aestivumL на разных стадиях клеточного цикла и разных стадиях дифференцировки. Для исследований были использованы клетки, выделенные в виде суспензии из фиксированных корешков пшеницы. Аппарат Гольджи выявляли с помощью антител к белку-маркеру 58К и актиновые филаменты с помощью TRITC-фаллоидина. Наблюдения проводили с использованием люминесцентного микроскопа Axiovert 200M. Проведенные исследования показали, что в интерфазных клетках актиновые филаменты формируют субкортикальные пучки. В таких клетках везикулы аппарата Гольджи располагаются по периферии цитоплазмы и симметрично в виде скоплений, расположенных на противоположных сторонах ядра, которые называются полярными зонами. Кроме этого, скопления аппарата Гольджи колокализуются с некоторыми субкортикальными пучками. В О2-периоде актиновые филаменты собираются в околоядерных полярных зонах и в области препрофазного кольца. В кортексе цитоплазмы везикулы аппарата Гольджи располагаются диффузно, а на уровне ядра конденсируются также в околоядерных полярных зонах. В профазе актиновые филаменты располагаются в полярных зонах профазного веретена, и там же располагаются везикулы аппарата Гольджи. В прометафазе актиновые филаменты располагаются над полярными зонами веретена и между хромосомами, а везикулы аппарата Гольджи формируют в полярных зонах многочисленные цепочки. В метафазных клетках актиновые филаменты располагаются над полярными зонами веретена, и там же располагаются везикулы аппарата Гольджи. В анафазе актиновые филаменты находятся в области полярных зон веретена и между хромосомами (в интерзоне). Везикулы аппарата Гольджи располагаются в интерзоне, полярных зонах и на периферии цитоплазмы. В телофазе актиновые филаменты локализуется в зоне фрагмопласта, а везикулы аппарата Гольджи занимают пространство между ядрами. Полученные результаты говорят о том, что аппарат Гольджи меняет свою локализацию в клеточном цикле. При этом колокализация актиновых филаментов и аппарата Гольджи наблюдается в связи с некоторыми участками субкортикальных пучков интерфазных клеток, на периферии актиновой сети, окружающей веретено в G-2 периоде и митозе, в скоплении актиновых филаментов в интерзоне во время анафазы, на периферии актиновых филаментов в составе фрагмопласта в ранней телофазе. Следовательно, локализация аппарата Гольджи совпадает с отдельными участками пучков или систем актиновых филаментов на определенных стадиях клеточного цикла.

Внутриклеточный транспорт от периферии к центру клетки обеспечивается белковым комплексом динеином. У динеина существует кофактор, который увеличивает процессивность его движения вдоль микротрубочек, и который служит адаптером для связи динеина с грузами. Этим кофактором является мультисубъединичный комплекс динактин, одним из белков которого является белок pl50Glued. Для данного белка показано наличие нескольких изоформ, отличающихся длиной микротрубочко-связывающего участка на N-конце. Изначально были известны изоформа-1 pl50Glued и изоформа-2 р135 (лишенная первых 143 аминокислот и присутствующая только в нервных тканях). Однако оказалось, что изоформа-1 объединяет в себе длинную изоформу pl50Glued-lA и короткую pl50Glued-lB, содержащую делецию в 20 аминокислот (131-151а.о.) в области микротрубочко-связывающего участка. Мы показали, что длинная изоформа pl50Glued-lA имеет большее сродство к микротрубочкам in vitro, чем pl50Glued-lB. Экспрессия изоформ, слитых с GFP, в культивируемых клетках также показала различное сродство изоформ к микротрубочкам. Длинная изоформа распределяется вдоль всей длины микротрубочек, в то время как короткая изоформа располагается на плюс-концах микротрубочек в виде комет. Методом RT-PCR была показана тканеспецифичность экспрессии двух изоформ: длинная   изоформа   pl50Glued-lA   обильно   присутствует   в   тканях   нервного происхождения, в то время как короткая изоформа pl50Glued-lB представлена повсеместно. Вестерн-блот с лизатами тканей различных органов, окрашенный поликлональными антителами к вариабельному участку pl50Glued и моноклональными антителами, узнающими обе изоформы, подтвердил тканеспецифичность экспрессии двух изоформ. В эмбриональных тканях также присутствуют обе изоформы, длинная изоформа преобладает в мозге, но также присутствует и в других тканях. Экспрессия изоформы pl50Glued-lA сохраняется в культуре первичных эмбриональных фибробластов. В различных линиях культивируемых клеток, таких как Vero и HeLa, преобладает короткая изоформа pl50Glued-lB, однако в минорном количестве присутствует и длинная изоформа. Вестерн-блот с лизатами культивируемых клеток с различной плотностью монослоя показал, что уровень экспрессии pl50Glued-lA увеличивается в разреженном монослое и в условиях экспериментальной раны монослоя. Иммуно флуоресцентное окрашивание клеток Vero поликлональными антителами к вариабельному участку pl50Glued выявило локализацию длинной изоформы на центросоме и по всей длине некоторых микротрубочек. Также было проведено окрашивание в условиях экспериментальной раны монослоя. Измерение удельной флуоресценции покраски на микротрубочки и на pl50Glued-l А показало, что, в отличие от микротрубочек, которые распределяются по клетке равномерно, покраска на pl50Glued-lA преобладала на ведущем крае клеток, обращенных в рану. Таким образом, в отличие от короткой изоформы, встречающейся повсеместно, изоформа pl50Glued-l А экспрессируется в тканях нервного происхождения, присутствует в тканях эмбриона и в минорном количестве – в культивируемых клетках. В экспериментальной ране монослоя происходит увеличение экспрессии длинной изоформы, причем pl50Glued-l А преобладает на ведущем крае клеток. Возможно, эта изоформа принимает участие в образовании клеточных выпячиваний при движении клеток или при росте отростков нейронов.

Микротрубочковый цитоскелет в эукариотических клетках позволяет осуществлять направленный транспорт различных грузов с помощью белков-моторов на расстояния, сравнимые с размерами самой клетки. В большинстве культур фибробластов мы можем наблюдать радиальную структуру сети микротрубочек, при которой минус-концы микротрубочек собраны в центре организации, где часто находится центросома, а плюс-концы расположены на периферии клетки. Механизмы образования радиальной системы микротрубочек остаются непонятными. Обычно основную роль здесь отводят центросоме, которая нуклеирует микротрубочки и заякоривает их в центре организации, однако радиальная система микротрубочек может образовываться и без участия центросомы. В данной работе, чтобы исследовать роль мембранных органелл в организации клеточных микротрубочек были получены бесцентросомные цитопласты из клеток HeLa и BSC-1, которые и при отсутствии центросомы образуют радиальную систему   микротрубочек.   Изначально   нами   предполагалось,   что   формирование бесцентросомной радиальной сети микротрубочек идет за счет компактной структуры аппарата Гольджи (АГ), собирающегося в центре цитопластов после отмывки нокодазола, агента, разрушающего микротрубочки и необходимого для получения цитопластов. Однако ингибирование процесса сборки компактного АГ воздействием брефелдина A (BFA) не препятствовало возникновению радиальной системы микротрубочек, поэтому АГ не может считаться движущей силой данного процесса. Окадаевая же кислота (ОА), которая является ингибитором протеинфосфатаз и экспорта белка из эндоплазматического ретикулума (ЭР) в СОРИ везикулы, эффективно блокировала формирование радиальной сети микротрубочек в цитопластах. Следовательно, данный сегмент аппарата транспорта может принимать участие в организации системы микротрубочек. Возможно, однако, что действие окадаевой кислоты на организацию системы микротрубочек основано на подавлении фосфатаз. Поскольку при комбинации ингибиторов COPI (BFA) и СОРИ (ОА) бесцентросомные цитопласты образуют радиальную сеть микротрубочек, можно предположить, что основная роль в формировании радиальной сети микротрубочек в бесцентросомных цитопластах принадлежит промежуточному компартменту (ERGIC). Это следует из того, что окадаевая кислота, блокируя формирование СОРИ везикул, вызывает потерю АГ и ERGIC по COPI механизму. Однако в присутствии BFA ERGIC сохраняется, что и может объяснять образование радиальной системы микротрубочек в этих условиях. Для более специфической проверки гипотезы участия аппарата раннего везикулярного транспорта в организации клеточных микротрубочек были получены бесцентросомные цитопласты из клеток, экспрессирующих доминантно-негативный мутант ГТФазы Sari a – Sarla[T39N], который ингибирует экспорт белков из ЭР с помощью СОРП-зависимого транспорта. Действительно, такие цитопласты не могли эффективно образовывать радиальную систему микротрубочек без участия центросомы, в отличие от цитопластов с ГТФазой Sari дикого типа. Данные эксперименты позволяют предположить, что в организации радиальной системы микротрубочек в бесцентросомных цитопластах ведущую роль играет аппарат раннего везикулярного транспорта, который, возможно, путем динеин-динактин-зависимого заякоривания микротрубочек и способствует их организации в радиальную сеть.

Ядрышко – специализированный клеточный компартмент, служащий для образования рибосом; в состав ядрышек клеток человека HeLa входит около 700 белков. Отличительной особенностью ядрышка является его высокая чувствительность к внешним воздействиям, особенно тем, которые вызывают клеточную смерть. Под действием стрессовых факторов ядрышко изменяет общую структурную организацию и

Читать далее…

Формальдегид широко используется в биохимических, медицинских и фармакологических исследованиях, являясь одним из самых распространенных и известных фиксаторов клеток и тканей. В последнее время помимо применения его в качестве фиксатора было продемонстрировано, что низкие концентрации (до 250 мкМ), не убивая клетку, могут вызывать обратимое образование поперечных сшивок между близкорасположенными белками или белками и ДНК. Такой подход был применен для выделения лабильных сигнальных комплексов и изучения комплексов нуклеосом с ДНК и комплексов ДНК с транскрипционными факторами. С другой стороны, формальдегид в настоящее время рассматривается как вещество с широким спектром цитотоксического действия. В связи с этим необходимо выяснить, насколько данное воздействие изменяет физиологическое состояние клетки и как оно влияет на интерпретацию полученных данных. Целью данной работы было изучить характер влияния низких концентраций формальдегида на состояние культивируемых клеток и выяснить возможные механизмы этого влияния. Были получены следующие результаты. При воздействии формальдегида в концентрации до 60 мкМ на клетки линии А431 наблюдается быстрое обратимое (в течение менее чем 30 минут) изменение пространственной организации актинового цитоскелета. Обработка культивируемых клеток линии А431 формальдегидом в концентрации до 60 мкМ не только не снижало жизнеспособность, но и приводило к значительному увеличению их пролиферативной активности. Данный эффект наблюдался наиболее ярко в первые 24 часа (увеличение количества клеток на 62%) и при использовании 30 мкМ формальдегида. При обработке клеток концентрациями, превышающими 60 мкМ, наблюдалось снижение жизнеспособности и пролиферативной активности. Таким образом, следует говорить о дозозависимом эффекте. На основе свойств клеток линии А431 было высказано предположение, что полученное увеличение пролиферативной активности может быть опосредовано способностью формальдегида формировать сшивки между близкорасположенными молекулами, вызывая, таким образом, димеризацию рецептора к эпидермальному фактору роста (ЭФР). В подтверждение такому предположению методом конфокальной микроскопии было выявлено образование кластеров рецепторов на поверхности клеток, обработанных формальдегидом. Также наблюдалось увеличение содержания фосфорилированной формы рецептора к ЭФР на 42% в ответ на 10-минутную обработку формальдегидом в концентрации 30 мкМ, свидетельствующее об активации рецептора. Полученные результаты, таким образом, позволяют предположить, что формальдегид в концентрации до 60 мкМ является сигнальной молекулой и оказывает подобное ростовым факторам действие на клетку.

Морошка (RubuschamaemorusL.) широко применяется в народной медицине для лечения заболеваний верхних дыхательных путей. Однако этот вид до сих пор не введён в научную медицину. В 70-80 годы XX века в Южной Карелии изучались анатомические особенности подземных органов, фенологическое развитие и ресурсы RubuschamaemorusL. Исследования диагностических анатомо-морфологических признаков надземных органов – перспективных в качестве лекарственного сырья – не проводились. Отсутствуют современные данные по запасам этого вида в Карелии. Цель исследования – выявить растительные сообщества, в которых произрастает RubuschamaemorusL., изучить анатомо-морфологические особенности листьев и чашелистиков цветков, определить урожайность ягод и биологический запас этого вида в Водлозерском флористическом районе Южной Карелии. В работе использованы маршрутный,

Читать далее…

В Республике Татарстан болота, главным образом, приурочены к речным долинам, как и очаги разгрузки грунтовых вод. Это обусловлено тем, что территория юга лесной зоны европейской России, не затронутая четвертичными оледенениями, характеризуется

сильной расчлененностью рельефа. Размеры болотных массивов на юге лесной зоны невелики (их средняя площадь по Татарстану 3,9 га), но они играют важную
роль в сохранении биоразнообразия. Экологическая устойчивость болотных массивов на юге лесной зоны определяется величиной лесистости водосбора и размерами болотного массива. На современной территории Татарстана в ходе полевых исследований, а также на картах лесистости и интенсивности бассейновой эрозии выделено четыре района, удовлетворяющих этим принципам:

Читать далее…