Концепция обмена генетическим материалом между клетками млекопитающих

Представлена концепция обмена генетическим материалом между клетками млекопитающих, подтвержденная как непосредственными экспериментами по переносу генетических маркеров, так и прямыми микроскопическими наблюдениями. Формируется представление о существовании в организме единого информационного прост...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Біополімери і клітина
Дата:	2005
Автори:	Кордюм, В.А., Шпилевая, С.П., Рубан, Т.А., Сухорада, Е.М.
Формат:	Стаття
Мова:	Російська
Опубліковано:	Інститут молекулярної біології і генетики НАН України 2005
Теми:	Клітинна біологія
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/155708
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Концепция обмена генетическим материалом между клетками млекопитающих / В.А. Кордюм, С.П. Шпилевая, Т.А. Рубан, Е.М. Сухорада // Біополімери і клітина. — 2005. — Т. 21, № 4. — С. 335-345. — Бібліогр.: 23 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1859647953450303488
author	Кордюм, В.А. Шпилевая, С.П. Рубан, Т.А. Сухорада, Е.М.
author_facet	Кордюм, В.А. Шпилевая, С.П. Рубан, Т.А. Сухорада, Е.М.
citation_txt	Концепция обмена генетическим материалом между клетками млекопитающих / В.А. Кордюм, С.П. Шпилевая, Т.А. Рубан, Е.М. Сухорада // Біополімери і клітина. — 2005. — Т. 21, № 4. — С. 335-345. — Бібліогр.: 23 назв. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Біополімери і клітина
description	Представлена концепция обмена генетическим материалом между клетками млекопитающих, подтвержденная как непосредственными экспериментами по переносу генетических маркеров, так и прямыми микроскопическими наблюдениями. Формируется представление о существовании в организме единого информационного пространства, образуемого за счет прижизненного выделения ДНК клетками без нарушения их геномов (и ее поглощения, комплементирующего мутации) или адресной передачи генетического материала специализированными клетками. Представлено концепцію обміну генетичним матеріалом між клітинами ссавців, яку підтверджено як безпосередніми експериментами з переносу генетичних маркерів, так і прямими мікроскопічними спостереженнями. Формується уявлення про існування в органзімі єдиного інформаційного простору, створеного за рахунок прижиттєвого виділення ДНК клітинами без порушення їхніх геномів (і її поглинання, яке комплементує мутації) або адресної передачі генетичного матеріалу спеціалізованими клітинами. The concept presented is confirmed by both direct experiments on the genetic markers transfer and microscopic observations. The authors formulate an idea that there is a universal informational space of the organism, created due to the DNA release within the lifetime of cells without destroying their genomes (and DNA absorption, complementing the mutations) or due to the addressed transfer of genetic material by specialized cells.
first_indexed	2025-12-07T13:30:26Z
format	Article
fulltext	ISSN 0233-7657. Біополімери і клітина. 2005. Т. 21. № 4 Концепция обмена генетическим материалом между клетками млекопитающих В. А. Кордюм, С. П. Шпилевая, Т. А. Рубан, Е. М. Сухорада Институт молекулярной биологии и генетики HAH Украины Ул. Академика Заболотного, 150, Киев, 03143, Украина Е. mail: kordyum@imbg.org.ua Представлена концепция обмена генетическим материалом между клетками млекопитающих, подтвержденная как непосредственными экспериментами по переносу генетических маркеров, так и прямыми микроскопическими наблюдениями. Формируется представление о существовании в организме единого информационного пространства, образуемого за счет прижизненного выделе ния ДНК клетками без нарушения их геномов (и ее поглощения, комплементирующего мутации) или адресной передачи генетического материала специализированными клетками. Ключевые слова: перенос генетической информации, взаимодействие клеток. Любое многоклеточное существо представлено вза имодействующей совокупностью очень большого количества разнообразных по своей структуре и функциям клеток, организованных в единое целое благодаря регуляторным и трофическим взаимосвя зям и взаимодействиям. Такие связи, согласно общепринятым на сегодня представлениям, обус ловлены лигандно-аффинными, слабыми или вооб ще неспецифическими взаимодействиями внекле точного окружения с клеточной мембраной и пря мыми (непосредственно межклеточными) объеди нениями через щелевые контакты (рис. 1). Обычно этим и ограничиваются. Однако весьма многочис ленные (хотя и разрозненные) литературные дан ные и наш анализ, изложенный в предыдущих публикациях [1—7], показывают возможность су ществования еще одного типа связей — информа ционного, осуществляемого посредством межкле точного обмена генетическим материалом в преде лах индивидуального организма без нарушения при этом полноценности геномов клеток. Подобное © В. А. КОРДЮМ, С. П. ШПИЛЕВАЯ, Т. А. РУБАН, Е. М. СУХОРАДА, 2005 принципиально возможно за счет явлений ампли фикации — процессов, в основе которых лежат ме ханизмы магнификации, АРС-ов и т. д. Для оценки фактических данных о переносе в организме генетического материала необходимо иметь целостное представление о масштабах такого переноса, его разнообразии и возможном значении. Настоящая работа является одним из первых эта пов формирования такого представления — фено менологическим (вначале — только феноменологи ческим) описанием разнообразия и масштаба гене тического обмена между клетками млекопитающих (как всегда, когда что-то начинается, — на модель ных объектах) с обоснованием и анализом предпо лагаемого значения такого обмена. В предыдущих публикациях [2, 3, 5, 7 ] описа ны эксперименты, показывающие передачу генети чески обусловленных признаков при взаимодейст вии (или относительно кратковременном совмест ном культивировании) генетически маркированных клеточных популяций. Наиболее существенным в этих взаимодействиях была частота переносов, ко торая во много раз превышала таковую при транс- 335 mailto:kordyum@imbg.org.ua Рис. 1. Согласно существующим представлениям, клеточные взаимодействия в организме функционируют по двум механизмам: а, б—через клеточные соединения при помощи щелевых контактов с размерами пор 1,5—2 нм. Эти каналы ( а — электронная микрофотография, б — схематическое изображение) способны пропускать (как принято считать) только мелкие молекулы и электрические сигналы; в — различного рода рецептор-опосредеванным сигнальные и трофические взаимодействия Клонирование контрольной культуры СНО-К1 pro GFP* Tkm* Hig^ на различных средах Вариант среды Количество клонов Светящиеся клоны. pro рго + рго + рго + рго + G418 Hig + G 4 1 8 + Hig + О 365 300 200 140 О 100 100 100 55 формации с использованием искусственных воздей ствий. Еще ярче это проявлялось при использова нии клеток с большим числом маркеров. Вот один из примеров таких экспериментов. В качестве первого партнера была взята пол ученная ранее линия С Н О - К 1 , несущая маркеры pro", neo + , GFP + , T k H V + , Hig + [8, 9 ] . Эти клетки обладали следующими свойствами: они ауксотроф- ны по пролину, устойчивы к антибиотику гигроми- цину, но одновременно чувствительны к действию ганцикловира, флуоресцируют в зеленой области спектра при возбуждении ультрафиолетовым излу чением. Вторым партнером служили клетки эмбри ональной печени мыши, которые соответственно имели маркеры pro + , neo", GFP", Tk H V " , Hig". Использование множественно маркированных линий имеет свои особенности. Поскольку любая популяция клеток неоднородна, действие селектив ных факторов также неидентично, даже при ис пользовании перевиваемых линий. Это хорошо видно из результатов контрольных высевов, пред ставленных в таблице. Добавление селективных агентов снижало эффективность клонирования, а их совместное действие в значительной мере гасило и люминесценцию ОРР. Последнее свидетельствует об угнетении токсичными агентами клеточного ме таболизма, несмотря на наличие генов, кодирую щих синтез белков, которые в свою очередь блоки руют такое токсическое действие. Это необходимо учитывать при оценке количества колоний, выра стающих в эксперименте. Как следует из приведенных в таблице дан ных, после совместной инкубации появлялись кло ны с разными сочетаниями маркеров (что видно по количеству выросших колоний из рассевов преды дущих клонов, отбор которых вели в других селек тивных условиях). После приведения клеток-партнеров в сопри косновение (на газон с СНО наносили клетки эмбриональной печени) их инкубировали в течение 1 ч, а затем отмывали. Оставались только клетки эмбриональной печени мыши, вступившие в кон такт с клетками СНО. Далее материал разделяли на две группы. Первую снимали с пластика через 1 сут, а вторую — через 17 сут совместной инкуба- 336 КОНЦЕПЦИЯ ОБМЕНА ГЕНЕТИЧЕСКИМ МАТЕРИАЛОМ МЕЖДУ КЛЕТКАМИ ции. В снятом материале учитывали количество клеток и аликвоту, содержащую 400 клеток, высе вали на чашку Петри в среду с разными селектив ными агентами. Через 14 сут роста на вновь выросшем материале процедуру повторяли. Схема опыта и его результат представлены на рис. 2. Такой характер взаимодействия не имел объяс нения в рамках общепринятых представлений. Он стал понятным лишь после того, как удалось визу ализировать некоторые этапы. Это достигается спе циальной прижизненной окраской ДНК. Из всех известных соединений, связывающихся с ДНК, со гласно существующим взглядам, наибольшей изби рательностью характеризуются те, у которых взаи модействие происходит по малой бороздке ДНК. Их избирательность носит почти абсолютный ха рактер [10]. Это объясняется тем, что такой струк туры, как малая бороздка двойной спирали ДНК, в сочетании с молекулярными группами, ее форми рующими, нет более ни у одного вещества. Краси тели, обладающие подобной специфичностью, на чинают заметно флуоресцировать лишь после того, как их молекулы расположатся в малой бороздке двойной спирали ДНК. К таким флуорохромам относят соединения группы Hoechst. Их избира тельная идентификация генетического материала исключительно высока. Ее может не быть, если белки или иные молекулы сделают ДНК недоступ ной для красителя (окрашивание чаще всего ведет ся прижизненно, а не на фиксированном материа ле, где все лишнее можно убрать) или изменят ее структуру. Но уж если окраска имеется, то визуа лизирует она почти исключительно ДНК. Обычно для таких исследований используют Hoechst 33342. Доказательства чрезвычайно высокой избира тельности окраски Hoechst 33342 представлены в опытах по разделению клеток на основании изме рений интенсивности флуоресценции их ядер [11, 12]. Результаты сортировки Т и В лимфоцитов селезенки мыши, окрашенных небольшими количе ствами Hoechst 33342 (1 мкг/мл) на FACS (Fluo rescence-Activated Cell Sorter), коррелировали с ре зультатами разделения этих клеток иммунохими- ческими методами при использовании антигенных маркеров клеточной поверхности. Необычное свой ство Hoechst 33342 проявляется также в свечении окрашенной ДНК в двух разных областях спектра (голубой и красной), которое, как оказалось, нахо дится в зависимости от функционального состояния хроматина ядер [13]. При возбуждении свечения красителя ультрафиолетовым светом с использова нием фильтра с максимумом пропускания 350— 363 нм эмиссия флуоресценции в голубой области спектра регистрируется на длинах волн выше 450 нм. Красное свечение наблюдается при исполь зовании светофильтров с максимумом пропускания при 610 нм. В живых клетках Hoechst 33342 обеспечивает достаточно высокое пропорциональ ное окрашивание ДНК в ядрах, что позволяет рассматривать его как индикатор клеточного цикла и количества ДНК в ядре, которое увеличивается при переходе от G 0—G, к S и G2—М фазам [14]. Для прижизненного окрашивания клеток с по мощью Hoechst 33342 рекомендуют использовать концентрации красителя в пределах 5—10 мкг/мл на 106 клеток/мл [15]. Мы использовали более низкие концентрации Hoechst 33342 (0,05—0,05 мкг/мл), которые не оказывали отрицательного воздействия на расту щие клетки даже при длительном культивировании (целенаправленную проверку влияния указанных концентраций красителя на культуру СНО-К1 про водили в течение 8 сут, она продемонстрировала отсутствие каких-либо угнетающих воздействий на клетки). Таким образом, применение для окрашивания ДНК минимальных количеств красителя, заведомо не вызывавших выявляемых физиологических из менений в клетках, позволило установить межъ ядерные и межклеточные информационные взаи модействия в 1, 2 и 3-сут культурах клеток СНО- К 1 , 2-сут культурах L-M (ТК~, APRT) и фибробластах 16-сут эмбриона мыши ICR. Препа раты исследовали на люминесцентном (Л-М2) и конфокальном (LSM 510 ZEISS) микроскопах с применением фильтров, необходимых для визуали зации ядер, окрашенных Hoechst 33342. Независимо от сроков культивирования (1— 3 сут) на поверхности интерфазных ядер части клеток фибробластов и СНО-К1 наблюдалось появ ление выпячиваний ядерной оболочки. У некото рых ядер таких выпячиваний ядерной мембраны могло быть несколько. Их размеры заметно варьи ровали — от очень мелких, не превышающих 1 мкм, до нескольких микрометров. Выступы ядер ной оболочки заметно увеличивались, округлялись и вместе с перешедшим в них хроматином отпоч ковывались от ядра и формировали микроядра в цитоплазме клетки (рис. 3, а). Часть микроядер покидала пределы клетки и мигрировала в окружа- 337 К О Р Д Ю М В. А И Д Р . 1-й рассев (через 1 и 17 сут) Смена среды (через 2 дня после 1-го рассева) 2-й рассев (через 14 сут после 1-го рассева) Рис. 2. Схема опыта по передаче генетических признаков при использовании сред с различными селективными агентами 3 3 8 К О Н Ц Е П Ц И Я О Б М Е Н А Г Е Н Е Т И Ч Е С К И М М А Т Е Р И А Л О М М Е Ж Д У К Л Е Т К А М И ющую среду. Некоторые из этих шаровидных от почкований ядра, удаляясь от его поверхности к периферии клетки, продолжали сохранять связь с ядром в виде длинных хроматиновых тяжей. В других случаях отмечены множественные выходы совсем мелких хроматиновых образований (рис. 3, б): при большом увеличении видно, что они не имеют какой-либо оформленной оболочки и представлены тонкими скрученными хроматиновы- ми нитями. Эти хроматиновые образования незави симо от их размера не задерживаются в цитоплаз ме и выходят за пределы клетки (рис. 3, в). Такие картины отличаются от существующих при гибели клеток вследствие апоптоза или некроза. Формирование подобных микроядер разного размера связывают с внутриядерными перемещени ями экстрахромосомной ДНК, содержащей ампли- фицированные гены [16], их наблюдают также в Рис. 3. Информационные взаимо действия в культуре клеток in vitro: а — выход х р о м а т и н а из ядра СНО-К1 и формирование микрояд ра; б — множественные выбросы хроматина из ядра фибробласта 16- сут эмбриона мыши (в цитоплазме клетки много мелких хроматино вых образований наряду с более крупными формированиями); б — отпочковывание микроядра, мел кие хроматиновые капли переме щаются к периферии клетки, куль тура Ltk ; г — связующие хромати новые нити между ядрами клеток фибробластов 16-сут эмбриона мы ши (мелкие хроматиновые образо вания в цитоплазме отдельных кле ток и в межклеточном пространст ве) трансформированных (опухолевых) клетках [17]. На примере культуры клеток сирийского хомячка показано, что амплифицироваться могут большие участки ДНК, включая целые плечи хромосом, и первичные события амплификации являются не только следствием простой гиперрепликации ДНК, но иногда сопровождаются и рекомбинацией с не равным распределением ДНК в две дочерние клет ки [18]. С другой стороны, описаны эксперименты по формированию выпуклостей ядерной оболоч ки — почек в ответ на обработку гипотоническим шоком клеток СПЭВ и HeLa [19]. Для клеток, меченных бромдезоксиуридином до обработки их гипотоническим раствором, показано, что такие выступы-почки с ядерным материалом возникали в S фазе клеточного цикла, предположительно, в ее конце. Однако в описываемых нами опытах ника ких экспериментальных воздействий на клетки не 339 КОРДЮМ В. А. И ДР. осуществляли и наблюдавшиеся почкование ядер и выход части хроматина ядер в виде как микроядер, так и мелких хроматиновых образований в цитоп лазму являлись естественными процессами. Появление совсем мелких хроматиновых обра зований, очевидно, — тоже не исключение. Подо бные структуры обнаруживаются в ооцитах насеко мых [20], они выявлены в цитоплазме клеток джуигарского хомяка, резистентных к колхицину, их рассматривают как структуры, являющиеся ме стом локализации автономно реплицирующихся амплифицированных последовательностей ДНК [21 ]. Авторадиографическим методом показано, что мелкие хроматиновые образования обладают способностью реплицироваться не только в Б фазе клеточного цикла, но и в С 2 фазе, т. е. ДНК в этих образованиях реплицируется независимо от хромо сомной ДНК. По-видимому, процессы формирования микро ядер и появления мелких хроматиновых образова ний в цитоплазме клеток исследуемых нами куль тур также в какой-то мере могут быть объяснены следствием амплификации части ядерного матери ала (хотя не исключаются и иные причины их возникновения). При значительных увеличениях, которые позволяет разрешающая способность кон фокального микроскопа, между отдельными клет ками культур СНО-К1, Ь-М (ТК~ АРЯТ) и фиб- робластов 16-сут эмбриона мыши, кроме мелких хроматиновых гранул, отмечены длинные тонкие хроматиновые тяжи, окруженные очень тонким слоем цитоплазмы и соединяющие ядра нескольких клеток (рис. 3, г). Иногда у таких тяжей с ядром клетки соединен только^ один конец, а на втором (свободном) — расположен небольшой хроматино- вый сгусток. Протяженность тяжей хроматина час то превышала длину нескольких диаметров клеток, между которыми они находились. Такое информа ционное взаимодействие двух и более клеток не было исключительным и наблюдалось во все сроки культивирования клеток, хотя более часто встреча лось в фибробластоподобных клетках на второй— третий день культивирования. Плотность посева клеток в определенных пределах (50, 100 и 200 тыс. клеток на поверхности покровного стекла размером 18 х 18) также не имела решающего значения для появления между клетками связую щих нитей хроматина. Ранее обсуждалась возможность горизонталь ного переноса генетической информации в культу- pax трансформированных клеток при выходе экст рахромосомной цитоплазматической ДНК в окру жающую среду и поглощении ее другими клетками [16, 17]. Но дальше осторожных допущений (да и то вскользь) ничего не предпринималось. Мы предположили, что такой перенос генети ческого материала при клеточных соприкосновени ях или сближениях является одним из очень суще ственных элементов унификации геномов кле ток — в роли механизма защиты от мутаций в пределах компактно расположенной ткани, пред ставляя собой некое «генетическое кондициониро вание». Спонтанный мутагенез при реально иду щих его скоростях неизбежно должен приводить к очень быстро нарастающему ругуляторно-трофиче- скому хаосу. В каждой клетке ткани возникнут свои мутации и унифицированное взаимодействие клеток нарушится. Обмен же генетическим матери алом, генетическое кондиционирование, будет уни фицировать геномы клеток и одновременно постав лять полноценный материал для рекомбинационно- го (или иного) восстановления поврежденного гена. В общем пуле при случайно идущих мутациях каждый конкретный ген будет в основной массе полноценным. И при неслучайных комбинациях материала для них будет достаточно. Контактная передача генетической информации очень наглядно видна (рис. 4) при длительном совместном культи вировании клеток с визуализируемым маркером (зеленый белок — GFP) и комочком ткани печени. Буквально по дням наблюдается распространение «зеленой волны» по такому кусочку ткани. Суть эксперимента заключалась в следующем. Измельченные кусочки печени 17-сут эмбрионов мышей линии ICR продавливали через сито (gma, США, 40—50 mesh screens) и после пассивного осаждения суспензии и промывания мелкие комоч ки печеночной ткани, не осевшие с крупными конгломератами и состоящие из нескольких десят ков клеток, наслаивали на светящиеся клетки СНО-К1, предварительно трансфицированные плазмидой pEGFP-Cl. В течение первых 1—2 сут культивирования кусочки печени проявляли слабую автолюминес ценцию в зеленой области спектра и на фоне ярко светящихся клеток СНО-К1 практически были не видны (рис. 4, а, б). Зеленая люминесценция в них начинала проявляться на третьи сутки, затем ин тенсивность свечения клеток в кусочках печени резко возрастала с каждым последующим днем К О Н Ц Е П Ц И Я О Б М Е Н А Г Е Н Е Т И Ч Е С К И М М А Т Е Р И А Л О М М Е Ж Д У К Л І Т К А М И Рис. 4 . Проникновение в наслоенные на светящуюся культуру СНО- К1 кусочки печени 17-сут эмбриона мыши ICR маркерного гена gfp и наработка продукта его экспрессии — белка GFP. Микрофотографии одного и того же кусочка печени в свете флуоресценции (а, в, д) и в проходящем свете (б, г, ё) через разные сроки кокультивирования ( в , б - 1 сут; в, г - 5 сут; д, е —10 сут) Рис. 5. Клон, состоящий из паренхиматозных клеток печени 17- сут эмбриона мыши, развившийся из отдельных клеток размаце- рированного кусочка печени после 5 сут его кокультивирования со светящейся культурой СНО-К1: а - фазовый контраст; б - свече ние белка й Р Р в гепатоцитах; в - тот же клон, окраска клеток по Романовскому 3 4 1 К О Р Д Ю М В. А . И Д Р . 342 КОНЦЕПЦИЯ ОБМЕНА ГЕНЕТИЧЕСКИМ МАТЕРИАЛОМ МЕЖДУ КЛЕТКАМИ (рис. 4, в, г) вплоть до 10-х сут наблюдения (рис. 4, д, е). Для выяснения вопроса о том, действительно ли в нанесенных кусочках печени светятся гепато- циты, а не, к примеру, проросшие в них клетки СНО-К1, провели контрольные исследования. От дельный ярко светящийся кусочек печени извлека ли из чашки и разбивали на отдельные клетки, которые вносили в чашки Петри с исчерченным дном (для удобства дальнейшей идентификации отдельных клонов и клеток) и затем культивирова ли в течение нескольких дней. Светящиеся гепато- циты прикреплялись ко дну чашки и формировали микроколонии из характерных крупных округлых клеток с большим ядром. Отмеченные отдельные клоны гепатоцитов последовательно фотографиро вали в фазовом контрасте и в люминесцентном микроскопе для определения наличия флуоресцен ции in vitro (рис. 5, а, б). Затем препарат окраши вали по Романовскому и проводили морфологиче ские исследования отмеченных ранее клонов и клеток (рис. 5, в). Клетки, из которых состояли клоны, были одноядерными, имели густую цито плазму и их ядерно-цитоплазматическое отноше ние соответствовало таковому у гепатоцитов. Дополнительными доказательствами для иден тификации служило выявление в клетках клонов специфического фермента гепатоцитов — глюкозо- 6-фосфата, в результате чего места локализации фермента окрашивались в коричневый цвет [22]. Появление зеленой флуоресценции у кусочков мышиной печени, помещенных на светящуюся культуру клеток СНО-К1, содержащую маркерный ген gfp, рассматривали как свидетельство проник новения этого гена в клетки привнесенной ткани печени и его дальнейшего активного функциониро вания в них, что визуально проявлялось в наработ ке значительных количеств флуоресцирующего белка GFP. Проведенный эксперимент подтвердил возможность визуализации непосредственной пере дачи генетического материала между клетками. Так обстоит дело с контактным генетическим обменом. Кроме него, существует и дистанцион ный, также в пределах индивидуума. Он осущест вляется, судя по морфологии, различными клеточ ными популяциями. Это хорошо прослеживается как на фиксированных и окрашенных препаратах, так и непосредственно in vitro в культуре при соприкосновении разных популяций. Опыты по взаимодействию клеток СНО-К1 с клетками пече ни 17-сут эмбрионов мыши ICR послужили иллю страцией к вышеизложенному. Для усиления взаи модействия партнеров клетки СНО-К1 и эмбрио нальной печени мыши брали в избытке. Популяция взаимодействующих клеток эмбриональной печени неоднородна по своему составу, и размеры состав ляющих ее клеток варьировали от 4—5 до 12 мкм. Эти клетки отличались высоким ядерно-цитоплаз- матическим отношением и очень плотно упакован ным хроматином. В части этих клеток отмечена характерная интенсивная флуоресценция хромати на, на основании чего мы их предположительно идентифицировали как лимфоциты [11, 12, 23]. Другие типы клеток, вступающие в контакт с СНО-К1, но не проникающие в них, имели более тусклое свечение. Окрашенные Hoechst 33342 клетки, участвую щие во взаимодействии, демонстрировали интен сивное свечение в голубой и красной областях спектра, что является отличительным признаком, присущим стволовым клеткам. Время контакта взаимодействующих клеток в различных экспериментах варьировали от 20 мин до 1—2 ч. Первые контакты поверхностей клеток и начальные этапы проникновения в цитоплазму клеток СНО-К1 наблюдались уже через 20— 30 мин. Характер протекания взаимодействий за висит от того, какая эмбриональная клетка контак тирует с клеткой СНО-К1, насколько тесный кон такт формируется между этими двумя клетками, где локализовано ядро клетки-мишени: вблизи или вдали от места контакта и др. Существуют различ ные варианты передачи генетического материала. Часто контакт клеток завершается проникновением в цитоплазму контактирующей клетки и слиянием двух ядер, хотя у части клеток эмбриональной печени, взаимодействующих с поверхностью клет ки СНО-К1, происходил разрыв клеточной мембра ны и на поверхность клетки-мишени (обычно в районе расположения ее ядра) выплескивался клу бок тонких деспирализующихся нитей хроматина (рис. 6, а—в). Проникновение клетки-реставратора может со провождаться разрушением ограниченного участка мембраны клеки СНО-К1, и хроматин контактиру ющей клетки эмбриональной печени проникает в цитоплазму, а затем и в ядро в виде тонкой струи (рис. 6, г—е). В случае значительного удаления ядра клетки-мишени от места контакта можно было наблюдать довольно протяженный тяж хрома- 343 КОРДЮМ В. А. И ДР. тина ядра контактирующей клетки, который пере двигался на значительное расстояние по цитоплаз ме СНО-К1, направляясь к ее ядру (рис. 6, ж). Наблюдениями с использованием цейтрафер- ной фоторегистрации взаимодействия ядер двух клеток в течение 2,5—3 ч установлено, что актив но передвигается в цитоплазме только вошедшее ядро, но иногда отмечаются встречное смещение ядра клетки-мишени, а также случаи его удаления от контакта. В месте контакта двух ядер происхо дят лизис участка ядерной мембраны клетки-хозя ина и проникновение внутрь него хроматиновых нитей из вошедшего ядра. Полному слиянию хро матинов двух ядер всегда предшествовал этап по степенной деконденсации хроматина вошедшего ядра, пока хроматин обоих ядер не становился морфологически однородным. В течение некоторого времени на фоне интерфазного ядра клетки СНО- К1 еще виден более компактный, интенсивнее окрашенный хроматин вошедшего ядра (рис. 6, з). Клетки эмбриональной печени проявляли повы шенную адгезивность в отношении культуральных клеток и сливались с последними независимо от стадии клеточного цикла, на котором они находи лись. Неоднократно отмечалось их проникновение в клетки СНО-К1 и L-M (ТК"\ APRT), находящи еся на стадии метафазы клеточного цикла. Мы предположили, что такое взаимодействие может выполнять «исправительные функции» — донорская клетка, непосредственно стволовая или производная от стволовой, передавая часть своего генетического материала (в этом случае не в ко пии, а в виде непосредственно хромосомного), обес печивает замещение им части генома реципиента. По сути процесса это будет своеобразная генетиче ская реставрация и клетки, обеспечивающие тако вое, могут быть названы реставраторами. Наиболее существенно здесь то, что имеет место не замеще ние поврежденной клетки полноценной, производ ной от стволовой, а ее восстановление. Крайним проявлением такого восстановления будет полное ядерное замещение. Его элементы можно наблю дать как на фиксированных и затем окрашенных, так и на прижизненно окрашенных препаратах (рис. 6, и) ex vivo. В отдельных случаях при таком типе взаимо действий наблюдается смещение ядра клетки-ми шени в сторону, противоположную от вошедшего ядра, изгибание его поверхности и приобретение формы боба (рис. 6, и). На более поздних этапах подобного взаимодействия ядро клетки СНО-К1 теряет свою структурированность и начинает гомо генно окрашиваться, как это характерно для пик- нотических. ядер. В то же время хроматин вошед шего ядра клетки-реставратора сначала выглядит, как клубок плотно конденсированных хромосом, затем ядро увеличивается в размерах, а его хрома- тиновые нити теряют свою базофильность и ядро приобретает структуру, характерную для интер фазных ядер. Ядерное замещение может обеспечить полное восстановление клеток без изменения архитектуры ткани. В своей совокупности локальный и дистан ционный перенос генетического материала создают единое внутриорганизменное информационное про странство. И хотя оно обеспечивается самими клет ками (в том числе и стволовыми), оно по своим возможностям и последствиям принципиально от личается от возможностей и последствий, реализу емых стволовыми клетками в их современном об щепризнанном понимании. Принято считать, что стволовые клетки через их производные замещают отмершие или добавля ют новые к уже имеющимся. Так оно и есть. Но не только так. Функционирование информационного пространства, в котором стволовые клетки и их производные тоже участвуют, но уже как реставра торы, обеспечивает не замещение (или добавление) клеток (вернее, не только замещение и добавле ние) , а их сохранение, восстановление без измене ния архитектуры ткани и органа. Это особенно важно для клеток долгоживущих, образующих сложную архитектуру ткани, например, головного мозга. Если клетка погибла — ее надо заменить. И это выполняется именно по принципу замещения. Но если клетка повреждена и ее геном уже не может обеспечивать нормальное функционирова ние, то не дать ей погибнуть, реставрировать ее наследственный аппарат — это значит сохранить архитектуру ткани. Оба процесса необходимы для поддержания жизнеспособности и целостности ор ганизма. Пока общепринятым является только один из них — замещение/добавление. Мы описы ваем феноменологию, постулируем процесс и пред лагаем второй вариант клеточного сохранения. Как все принципиально новое, наша концепция начи нается с начала. Как всегда, вначале вопросов больше, чем возможных ответов. На то оно и начало. Иначе не бывает. КОНЦЕПЦИЯ ОБМЕНА ГЕНЕТИЧЕСКИМ МАТЕРИАЛОМ МЕЖДУ КЛЕТКАМИ V. A. Kordyum, S. P. Shpilevaya, Т. О. Ruban, О. М. Sukhorada The concept of genetic material exchange between mammalian cells Summary The concept presented is confirmed by both direct experiments on the genetic markers transfer and microscopic observations. The authorsa formulate an idea that there is a universal informational space of the organism, created due toa the DNA release within the lifetime ofa cells without destroying their genomes (and DNAa absorption, complementing the mutations) or due to the addressed transfer of genetic material by specialized cells. Key words: genetic information transfer, cells interaction, В. А. Кордюм, С. П. Шпильова, Т. А Рубан, О. М. Сухорада Концепція обміну генетичним матеріалом між клітинами ссавців Резюме Представлено концепцію обміну генетичним матеріалом між клітинами ссавців, яку підтверджено як безпосередніми експе риментами з переносу генетичних маркерів, так і прямими мікроскопічними спостереженнями. Формується уявлення про існування в органзімі єдиного інформаційного простору, ство реного за рахунок прижиттєвого виділення ДНК клітинами без порушення їхніх геномів (і її поглинання, яке комплемен- тує мутації) або адресної передачі генетичного матеріалу спеціалізованими клітинами. Ключові слова: перенос генетичної інформації, взаємодія клітин. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Кордюм В. А. Наша шагреневая кожа — это наша про блема. Нам ее и решать. 3. Недостающее звено / / Біо- полімери і клітина.—2003.—19.—С. 473—491. 2. Kordyum V., Suhorada О., Ruban Т., Shpilevaya S., Andri- enko V., Deryabina O. Transfer of genetic information in an organism / / First Ukr. Congr. for Cell Biol.—Lvlv, 2004.— P. 146. 3. Shpilevaya S. P., Andrienko V. I., Sukhorada О. M., Ruban T. A., Deryabina О. C , Likhacheva L L, Irodov D. M., Kordyum V. A. Interaction of mouse fetal liver cells with CHO-K1 cells in vitro accompanying with genetic information transfer / / Joint Meeting «Tissue Engineering Society Interna tional* and «Еигореап Tissue Engineering Society*: Abstract book.—Lausanne, 2004.—P. 229. 4. Шпилевая С. П., Андриенко В. И., Рубан Т. А, Сухорада Е. М., Иродов Д. М., Кордюм В. А. Взаимодействие эмбриональных клеток печени мыши с клетками CHO-1 / / Фактори експериментальної еволюції організмів.—Київ, 2004.—Т. 2.—С. 83—87. 5. Suhorada О., Ruban Т., Deryabina О., Toporova О., Kordyum V. Transformation of mammalian cells during interaction of two partners consisting of different cells: Abstracts XXX Annu. ESAO Congr. / / Int. J. Artificial Organs.—2004—27.— 2004.—P. 608. 6. Кордюм В. А, Шпилевая С. П., Рубан Т. А, Сухорада Е. М., Андриенко В. И. Автотрансформация клеток мле копитающих / / Біополімери і клітина.—2005.—21.— С. 120—126. 7. Kordyum V., Shpilevaya S., Andrienko V., Suhorada O., Ruban Т., Deryabina O. Transfer of genetic information in an organism / / Cell Biol. Int.—2005.—29.—P. 95—97. 8. Кордюм В. А, Топорова E. К, Оку нее О. В., Похоленко Я. А, Сухорада Е. М., Рубан Т. А, Андриенко В. И., Иродов Д. М. Новая множественно маркированная линия клеток — производная от CHO-K1 / / Біополімери і клі тина,—2003.—19.—С. 252—258. 9. Похоленко Я. А, Сухорада О. М.,'Рубан Т. О., Топорова О. К, Окунев О. В., Андрієнко В. I., Кордюм В. А. Створення трансгенних субліній ссавців з множинними маркерами селекції / / Фактори експериментальної ево люції організмів.—Київ: Аграр. наука, 2003.—С. 399—404. 10. Baraldi P. G., Bovero A, Fruttarolo F., Preti D., Tabrizi M. A, Pavani M. G., Romagnoli R. DNA minor grove binders as potential antitumor and antimicrobial agents / / Med. Res. Rev.—2004.—24.—P. 475—528. 11. token M. R. Separation of viable T and В lymphocytes using a cytochemical stain, Hoechst 33342 / / J . Histochem. and Cytochem.—1980.—28.—P. 36—39. 12. token M. R. Simultaneous quantitation of Hoechst 33342 and immunofluorescence on viable cells using a fluorescence ac tivated cell sorter / / Cytometry.—1980.—1.—P. 136—142. 13. Goodell M. A, Brose K., Paradis G., Conner A. S., Mulligan R, C. Isolation and functional properties of murine hemato poietic stem cells that are replicating in vivo II J. Exp. Med.—1996.—183.—P. 1797—1806. 14. Berardi A. C, Wang A., Levine J. D., Lopez P., Scadden D. T. Functional isolation and characterization of human hemato poietic stem cells / / Science.—1995.—267.—P. 104—108. 15. Культура животных клеток. Методы.—М.: Мир, 1989.— 332 с. 16. Shimizu N.. Iton N., Utiyama Н., Wahl G. М. Selective entrapment extrachromosomaly amplified DNA by nuclear budding and micronucleation during S phase / / J. Cell Biol.—1998.—140.—P. 1307—1320. 17. Sait S. N. J., Qadir M. U., Cnroy J. M., Matsui S.-I, Novak N. J., Baer M. R. Double minute chromosomes in acute myeloid leukemia and myelodisplastic syndrome: identification of new amplification region by fluorescence in situ hybridiza tion and spectral karyotyping / / Genes, Chromosomes and Cancer.—2002.—34.—P. 42—47. 18. Stark G. R. Regulation and mechanisms of mammalian gene amplification / / Adv. Cancer Res.—1993.—61.—P. 87—113. 19. Курчатова С. Ю., Киреев И. И., Поляков И. Ю. Иссле дование локальной реорганизации ядерной оболочки, вы являемой при гипотонической обработке живых клеток, находящихся в S-фазе клеточного цикла / / Микроско пические исследования.—М.: Изд-во МГУ, 2004.—С. 20— 30. 20. Gall J. G., Rochaix J.-D. The amplified ribosomal DNA of Dytiscid beetles / / Proc. Nat. Acad. Sci. USA.—1974.—71.— P. 1819—1823. 21. Копнин Б. П., Гудков А. В. Амплификация участков генома в соматических клетках млекопитающих, устой чивых к колхицину. III / / Генетика.—1982.—18.— С. 1683-1692. 22. Лилли Р. Патологическая техника и практическая гисто химия.—М.: Мир, 1969.—645 с. 23. Lalande М. Е., Miller R. G. Fluorescence flow analysis of lymphocyte activation using Hoechst 33342 dye Hi. His tochem. and Cytochem.—1979.—27—P. 394—397. УДК 577.24 Надійшла до редакції 20.12.04 345
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-155708
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	0233-7657
language	Russian
last_indexed	2025-12-07T13:30:26Z
publishDate	2005
publisher	Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
record_format	dspace
spelling	Кордюм, В.А. Шпилевая, С.П. Рубан, Т.А. Сухорада, Е.М. 2019-06-17T11:04:01Z 2019-06-17T11:04:01Z 2005 Концепция обмена генетическим материалом между клетками млекопитающих / В.А. Кордюм, С.П. Шпилевая, Т.А. Рубан, Е.М. Сухорада // Біополімери і клітина. — 2005. — Т. 21, № 4. — С. 335-345. — Бібліогр.: 23 назв. — рос. 0233-7657 DOI: http://dx.doi.org/10.7124/bc.0006FA https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/155708 577.24 Представлена концепция обмена генетическим материалом между клетками млекопитающих, подтвержденная как непосредственными экспериментами по переносу генетических маркеров, так и прямыми микроскопическими наблюдениями. Формируется представление о существовании в организме единого информационного пространства, образуемого за счет прижизненного выделения ДНК клетками без нарушения их геномов (и ее поглощения, комплементирующего мутации) или адресной передачи генетического материала специализированными клетками. Представлено концепцію обміну генетичним матеріалом між клітинами ссавців, яку підтверджено як безпосередніми експериментами з переносу генетичних маркерів, так і прямими мікроскопічними спостереженнями. Формується уявлення про існування в органзімі єдиного інформаційного простору, створеного за рахунок прижиттєвого виділення ДНК клітинами без порушення їхніх геномів (і її поглинання, яке комплементує мутації) або адресної передачі генетичного матеріалу спеціалізованими клітинами. The concept presented is confirmed by both direct experiments on the genetic markers transfer and microscopic observations. The authors formulate an idea that there is a universal informational space of the organism, created due to the DNA release within the lifetime of cells without destroying their genomes (and DNA absorption, complementing the mutations) or due to the addressed transfer of genetic material by specialized cells. ru Інститут молекулярної біології і генетики НАН України Біополімери і клітина Клітинна біологія Концепция обмена генетическим материалом между клетками млекопитающих Концепція обміну генетичним матеріалом між клітинами ссавців The concept of genetic material exchange between mammalian cells Article published earlier
spellingShingle	Концепция обмена генетическим материалом между клетками млекопитающих Кордюм, В.А. Шпилевая, С.П. Рубан, Т.А. Сухорада, Е.М. Клітинна біологія
title	Концепция обмена генетическим материалом между клетками млекопитающих
title_alt	Концепція обміну генетичним матеріалом між клітинами ссавців The concept of genetic material exchange between mammalian cells
title_full	Концепция обмена генетическим материалом между клетками млекопитающих
title_fullStr	Концепция обмена генетическим материалом между клетками млекопитающих
title_full_unstemmed	Концепция обмена генетическим материалом между клетками млекопитающих
title_short	Концепция обмена генетическим материалом между клетками млекопитающих
title_sort	концепция обмена генетическим материалом между клетками млекопитающих
topic	Клітинна біологія
topic_facet	Клітинна біологія
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/155708
work_keys_str_mv	AT kordûmva koncepciâobmenagenetičeskimmaterialommeždukletkamimlekopitaûŝih AT špilevaâsp koncepciâobmenagenetičeskimmaterialommeždukletkamimlekopitaûŝih AT rubanta koncepciâobmenagenetičeskimmaterialommeždukletkamimlekopitaûŝih AT suhoradaem koncepciâobmenagenetičeskimmaterialommeždukletkamimlekopitaûŝih AT kordûmva koncepcíâobmínugenetičnimmateríalommížklítinamissavcív AT špilevaâsp koncepcíâobmínugenetičnimmateríalommížklítinamissavcív AT rubanta koncepcíâobmínugenetičnimmateríalommížklítinamissavcív AT suhoradaem koncepcíâobmínugenetičnimmateríalommížklítinamissavcív AT kordûmva theconceptofgeneticmaterialexchangebetweenmammaliancells AT špilevaâsp theconceptofgeneticmaterialexchangebetweenmammaliancells AT rubanta theconceptofgeneticmaterialexchangebetweenmammaliancells AT suhoradaem theconceptofgeneticmaterialexchangebetweenmammaliancells

Концепция обмена генетическим материалом между клетками млекопитающих

Репозитарії

Схожі ресурси