ВЕЩЕСТВА ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА ЦИТОСКЕЛЕТ

Существует ряд препаратов, избирательно действующих на систему микротрубочек или систему микрофиламентов; они активны in vitro и способны специфически связываться с тубулином или актином в мономерном или полимерном состояниях. При изучении препаратов, действующих на эти две фибриллярные системы, выявляется немало параллелей. Так, и для микротрубочек, и для микрофиламентов известны препараты, связывающиеся с мономером и подавляющие сборку полимера; кроме того, для обеих систем существуют препараты, связывающиеся с полимером и увеличивающие его стабильность.

Первыми соёдинениями, для которых показано их действие на цитоскелет, были антимитотические препараты, и прежде всего колхицин. Колхицин, нокодазол (или онкодазол) и колцемид связываются с одним и тем же участком тубулинового димера. Связывание повышает нуклеозидтрифосфатазную активность тубулина. Комплекс этих препаратов с димером связывается с быстро растущим концом микротрубочек и снижает скорость дальнейшего присоединения мономеров к этому концу. В результате критическая концентрация для этого конца повышается и достигает величины, характеризующей медленно растущий конец. Колхицин отсоединяется от тубулина медленно и, кроме того, неспецифически связывается с клеточными мембранами, в частности с переносчиками нуклеозидов. Нокодазол имеет по сравнению с колхицином то преимущество, что он более специфичен и его связывание более обратимо. Для выявления побочных эффектов колхицина в контрольных опытах используют люмиколхицин, потерявший под действием света способность связываться с тубулиновыми димерами, но характеризующийся тем же спектром неспецифического связывания. С участком связывания колхицина перекрывается участок связывания подофил-лотоксина, действующего аналогично колхицину. С иным связывающим участком взаимодействуют винбластии и винкристин. Связываясь с тубулиновыми димерами, винбластин вызывает их агрегацию и образование кристаллов; он подавляет полимеризацию тубулина, уводя его из раствора в агрегаты. В целом все эти вещества снижают скорость полимеризации, но не вызывают непосредственно разборки микротрубочек. Их действие на цитоплазматические микротрубочки проявляется лишь через несколько часов, хотя подавление образования митотического веретена наступает немедленно. В связи с тем что эти вещества действуют в основном на растущие микротрубочки, их влияние на разные типы микротрубочек в клетке оказывается различным. Так, микротрубочки жгутиков устойчивы к колхицину, а митотические микротрубочки чувствительны к нему.

Таксол связывается с тубулином стехиометрически, а не субстехиометрически. Он практически не связывается со свободным тубулином вне микротрубочек. Результатом действия таксола является увеличение стабильности микротрубочек и снижение концентрации свободного тубулина. В присутствии таксола полимеризация тубулина протекает без заметной лаг-фазы; все эффекты, вызываемые таксолом, обратимы.

Цитохалазины образуют группу веществ, обратимо связывающихся с актиновым мономером. Их связывание повышает нуклеозидтрифосфатазную активность актина. Комплекс актина с цитохалазином присоединяется к быстро растущему концу микрофиламентов и препятствует дальнейшей полимеризации на нем. В результате действия цитохалазинов критическая концентрация для быстро растущего конца становится такой же, как и для медленно растущего конца. Цитохалазины устраняют лаг-фазу при полимеризации актина, что обусловлено, по-видимому, стабилизацией димеров или тримеров актина. Дальнейший рост от таких стабилизированных затравок характеризуется, однако, кинетикой, свойственной медленно растущему концу. Цитохалазин В обладает побочным действием: он подавляет транспорт глюкозы через клеточную мембрану; в то же время дигидроцитохалазин В и цитохалазин D не влияют на транспорт глюкозы. Цитохалазин D обладает более высоким сродством к актину. Аналогично тому как таксол стабилизирует микротрубочки, фаллоидино вые препараты стабилизируют микрофиламенты. Фаллоидин и фаллацидин связываются с полимеризованным актином стехиометрически и обратимо снижают критическую концентрацию.

Таким образом, и для микротрубочек, и для микрофиламентов существуют вещества, избирательно блокирующие их полимеризацию или деполимеризацию. До сих пор ни для одной из этих систем филамейтов неизвестно веществ, вызывающих быструю деполимеризацию, за исключением, пожалуй, мейтансина, способного быстро деполимеризовать микротрубочки in vitro. Однако мейтансин является алкилирующим агентом, и его действие на микротрубочки до некоторой степени необратимо и, возможно, неспецифично.

При использовании препаратов, действующих на цитоскелет, важно различать немедленные и поздние эффекты. Так, таксол и фаллоидин действуют на соответствующие филаменты, стабилизируя их, но позднее в живых клетках, обработанных этими препаратами, наблюдается образование пучков микротрубочек или микрофиламентов соответственно. Этот проявляющийся на поздних стадиях эффект подавляется ингибиторами метаболизма, что указывает на его зависимость от источников энергии. Образования пучков не происходит также в обработанном таксолом и фаллоидином изолированном цитоскелете. Ингибиторы сборки мйкротрубочек вызывают немедленное блокирование митоза, однако для разрушения ими цитоплазматических микротрубочек требуется от одного до нескольких часов. Деполимеризующее действие на цитоплазматические микротрубочки, как и образование пучков, зависит от источников энергии. Колхицин не деполимеризует микротрубочки в изолированном цитоскелете. Это указывает на то, что разборка микротрубочек в живых клетках является динамическим процессом, включающим в себя зависящую от энергии регуляцию на концах микротрубочек. Цитохалазины вызывают немедленное подавление образования складок клеточного края и формирования филоподий. Требуется, однако, продолжительное время, для того чтобы под действием цитохалазинов началось образование плотных фокусов и ветвящихся отростков клетки.

На ультраструктурном уровне также можно выделить немедленные и поздние эффекты цитохалазинов. У микрофиламентов свободные концы появляются сразу же после добавления этих соединений, однако скопления и пучки микрофиламентов образуются лишь через определенное время. В изолированном препарате цитоскелета, обработанном цитохалазинами, обнаруживается повышенное число свободных концов, однако в нем не происходит образования скоплений филаментов, наблюдающегося в живых клетках. Агрегация микрофиламентов в клетке происходит, по-видимому, в результате требующего энергии процесса реорганизации актиновой системы на поздних стадиях действия цитохалазинов.

К сожалению, до сих пор неизвестно веществ небольшого размера, непосредственно действующих на промежуточные филаменты. В настоящее время единственным способом вызвать разборку промежуточных филаментов in vivo является микроинъекция в клетку определенных антител. Кроме того, ингибиторы микротрубочек вызывают со временем образование виментиновых и в некоторых случаях десминовых околоядерных структур. Этот их эффект можно назвать поздним, поскольку указанные структуры начинают образовываться из промежуточных филаментов лишь тогда, когда микротрубочки уже полностью деполимеризованы.

Выраженным вторичным действием на цитоскелет и его организацию обладают многие химические соединения. Так, ингибиторы энергетического метаболизма, такие, как динитрофенол (ДНФ), приводят к разрушению волокон натяжения в течение примерно полутора часов. Эти препараты препятствуют также образованию пучков микротрубочек и микрофиламентов под действием таксола и фаллоидина. Ингибиторы энергетического метаболизма подавляют, кроме того, деполимеризацию микротрубочек антитубулиновыми препаратами и вообще блокируют все требующие энергии стадии реорганизации цитоскелета. Неожиданным является то, что ингибиторы синтеза белка вызывают формирование около-ядерной виментиновой структуры. Всякий агент, подавляющий белковый синтез (непосредственно или подобно интерферону или тепловому шоку), может приводить к перестройкам цитоскелета. Циклический АМР и сходные с ним препараты, активируя сАМР-зависимую протеинкиназу, влияют на фосфорилирование легких цепей миозина в немышечных клетках и фосфорилирование белков, ассоциированных с микротрубочками. сАМР может также влиять на фосфорилирование десмина в мышечных клетках. Известно несколько кальмодулин связывающих цитоскелетных белков, в том числе спектрин; следовательно, антикальмодулиновые соединения также могут действовать на цитоскелет. Так, вызываемая кальцием разборка микротрубочек в изолированном цитоскелете подавляется ингибиторами кальмодулина. Такая, вероятно, опосредуемая кальмодулином деполимеризация микротрубочек предотвращается белками, ассоциированными с микротрубочками. Бутират натрия, агент, используемый для ингибирования деацетилирования гистонов, также обладает разнообразным действием на цитоскелет; некоторые из вызываемых им эффектов проявляются в течение нескольких часов. Обусловлено ли действие бутирата натрия ингибированием цитоскелетной деацетилазы или замещением каким-то образом ацетильных групп, неизвестно. Очевидно, что такие препараты, как веропамил, который подавляет накопление кальция клетками, могут вызывать самые разнообразные изменения цитоскелета.

Наконец, как это станет ясно позднее, ни одна из трех основных фибриллярных систем не является полностью независимой от двух других. Таким образом, поздние эффекты любого препарата могут быть непрямыми и опосредоваться не той фибриллярной системой, на которую они действуют непосредственно.

Похожие материалы:

Регуляция формы и движения клетки

Взаимодействие цитоскелета с плазматической мембраной

Внутриклеточное движение трансцитоз

Митоз и сборка


   
© Медицинские науки. Перепечатка материалов сайта без действующей обратной ссылки запрещена!