РОЗДІЛ 2
ЦЕНТРИ ОРГАНІЗАЦІЇ МІКРОТРУБОЧОК У РОСЛИН
2.1. Структурно-функціональна організація ЦОМТ
Важливою для динамічної поведінки і функціонування мікротрубочок є їх нуклеація в ЦОМТах, до яких вони приєднуються своїми "-"- кінцями (Ehrhardt and Shaw, 2006; Lloyd and Chan, 2004; Luders and Stearns, 2007; Schmit, 2002). В клітинах тварин ЦОМТ - центросома, структура до складу якої входить фіброгранулярний матрикс, перицентріолярний матеріал, що оточує два коротких утворення з мікротрубочок, які звуться центріолями, і такі білки, як ?-тубулін, центрин, перицентрин, шапероніни та інші (Doxsey, 2005; Tassin and Bornens, 1999).
У неквіткових нижчих рослин (печіночників, мохів і папоротей), в яких існує монопластидний клітинний поділ, в ролі ЦОМТів виступають мембрани внутрішньоклітинних структур, зокрема ядра, ендоплазматичного ретикулуму та пластид (Brown et al., 2004; Shimamura et al., 2003). У водоростей організаторами мікротрубочок є аналоги центріолей - базальні тільця і асоційований з ними перицентріолярний матеріал (Silflow et al., 1999). Чіткий кулястий ЦОМТ - блефаропласт виявлено під час сперматогенних поділів у судинних рослин (цикад і гінкго), які запилюються тваринами (Shimamura et al., 2004).
У безцентріольних клітинах вищих рослин не виявлено таких дискретних ЦОМТів, однак здатність до нуклеації та організації мікротрубочок присутня (Luders and Stearns, 2007; Wasteneys, 2002). На сьогодні з'ясовано, що в клітинах рослин, позбавлених центріолей, ЦОМТом є поверхня ядра (Lambert, 1993; Schmit, 2002; Stopping et al., 1994). Однак, під час мітотичного поділу у рослин спостерігається дисперсність ЦОМТів, порівняно з клітинами тварин, що підтверджено імунофлюоресцентною локалізацією ?-тубуліну (Dibbayawan et al., 2001; Drykova et al., 2003; Liu et al., 1993). Дану дилему досить чітко пояснив Mazia у своїй концепції "гнучкої центросоми" (Mazia, 1987). Він встановив, що нуклеація мікротрубочок здійснюється аморфним перицентріолярним матеріалом, не зважаючи на ступінь його конденсації і присутність центріолей, що підтверджує особливості нуклеації мікротрубочок у рослин. Крім того, він стверджує, що існують, як первинні, так і вторинні ЦОМТи, які можна порівняти з дуже розсіяною центросомою, що модулює розгортання мікротрубочок під час мітотичного поділу клітин.
Так, в типових клітинах тварин, пара периядерних центріолей, притягуючи ядерно-виникаючий мікротрубочко-організаційний матеріал, функціонує як єдиний ЦОМТ. Крім того, при проходженні мітотичного циклу в клітинах ссавців із мікротрубочок, крім мітотичного веретена, не формуються такі тимчасові структури, як інтерфазна сітка, препрофазна стрічка і фрагмопласт, а також відсутнє утворення клітинної стінки, що дозволяє їм мати лише вторинні ЦОМТи (Luders and Stearns, 2007; Mogensen et al., 2000).
З іншого боку, в клітинах вищих рослин організація мікротрубочок протікає на поверхні інтерфазного ядра (Lambert, 1993; Stoppin et al., 1994). В подальшому первинний мікротрубочко-організаційний матеріал транслокує до клітинної периферії, де функціонує як багаточисельні розсіяні вторинні ЦОМТи, що організовані просторовою сіткою кортикальних та ендоплазматичних мікротрубочок, які з'єднують периферію клітини з ядром (Barlow and Parker, 1996; Luders and Stearns, 2007).
Shaw et al. (2003) та Schmit (2002) також вважають, що нові мікротрубочки виникають не з чітких ЦОМТів, а швидше з дисперсних сайтів клітинного кортексу. Є також роботи, в яких показано, що нуклеація мікротрубочок здійснюється в дисперсних сайтах вздовж існуючих мікротрубочок, від ?-тубулін вмісних комплексів (Wasteneys, 2002). Дана розбіжність поглядів дозволяє припустити можливість існування таких сайтів нуклеації в клітинах рослин як: поверхня ядра (Lambert, 1993; Schmit, 2002; Stopping et al., 1994), примембранна область клітини (Cyr and Palevitz, 1995; Dixit and Cyr, 2004; Ehrhardt and Shaw, 2006; Shaw et al., 2003) і нещодавно відкрита нуклеація від існуючих кортикальних мікротрубочок, з подальшим формуванням розгалужених структур (Murata et al., 2005).
З огляду на вищесказане, запропоновано декілька механізмів нуклеації мікротрубочок: з центросоми (Doxsey, 2005; Januschke et al., 2006; Raynaud-Messina et al., 2004) та з цитоплазми (Vorobjev et al., 2001) (в клітинах тварин), з периядерної області і примембранного простору (Binarova et al., 2000; Ehrhardt and Shaw, 2006; Schmit, 2002; Shaw et al., 2003) та вздовж залишків мікротрубочок (Murata et al., 2005) (в клітинах рослин), які відбуваються з участю ?-тубулін-подібних клітинних факторів (Wiese and Zheng, 2006).
На сьогодні точні механізми приєднання і від'єднання мікротрубочок від ЦОМТів до кінця не відомі. Однак, виявлено присутність гетеродимерного ензиму - катаніну в сайтах нуклеації рослинних мікротрубочок, який ймовірно відщеплює мікротрубочки від їх центрів організації, регулюючи таким чином процеси збірки/розбірки мікротрубочок під час мітозу (McClinton et al., 2001; Stoppin-Mellet et al., 2003).
Відомо, що ЦОМТи тварин і рослин мають майже ідентичний склад білків, головне місце серед яких посідає ?-тубулін (Luders and Stearns, 2007). В клітинах тварин білками з'єднаними з центросомами є центрин, перицентрин, фактор елонгації-1?, шапероніни, білок теплового шоку HSP70, ?- і ?-тубуліни, актин, білки ядерного матриксу та інші цитоскелетні компоненти (Tassin and Bornens, 1999). Також з центросомами можуть з'єднуватись різні регуляторні білки, зокрема регулятори клітинного поділу р34сdc2 та р13suc1 (Doxsey, 2005). Для ЦОМТів тваринних клітин характерною є також наявність ряду мінорних тубулінів, які ще не виявлено в клітинах рослин, за винятком ?-тубуліну, знайденого у водоростей (Dutcher and Trabuco, 1998).
У рослин, білками, співлокалізованими з ЦОМТами, є Са-зв'язані фосфобілки, шапероніни (Hsp70 і TCP1), білок теплового шоку, гомолог тваринного фактору елонгації EF1- ?, ?- i ?-тубулін та актин (Moore and Cyr, 2000; Nick et al., 2000; Petrasek et al.