Κυτταροσκελετός και μορφογένεση σε κύτταρα φυκών

Abstract

In the present thesis the mechanisms involved in the cellular morphogenesis of the Phaeophyceae (brown algae) and the Schizocladiophyceae were studied with particular emphasis on the role of the cytoskeleton and the endomembrane system. In order to understand better the morphogenetic mechanisms isolated brown algal protoplasts were used parallel to normal thalli. These protoplasts were isolated and cultured accordingly to techniques developed in the present thesis. In order to study the organization of microtubules actin microfilaments (AFs) and the endoplasmic reticulum (ER) various fluorescence microscopy techniques were applied. Treatments with inhibitors that affect microtubules AFs or dictyosomes were also performed. In addition the material was studied with the use of Nomarski optics and electron microscopy. The most important findings of this thesis and the conclusions which from them are the following. 1. Particular radial AF configurations were detected for the first time in cells of the Phaeophyceae Chonstocarpus tenellus Macrocystis pyrifera and Splachnidium rugosum and of the Schizocladiophyceae Schizocladia ischiensis. These formations are always located at the cortical cytoplasm and are involved in polarity establishment. 2. In the previously reported brown algal species characteristic radial ER configurations similar to the AF ones were also detected. Inhibitor treatments showed that they are probably organized by the AFs. The radial ER formations are involved in polarity establishment probably by controlling cytoplasmic Ca²⁺ distribution. 3. Study of cytokinesis in vacuolated cells of the brown algae M pyrifera revealed the existence of a cortical AF ring consequently transformed into an AF disk. At the same time the formation of a thin cytoplasmic disk was observed in which the new cytokinetic diaphragm developed at later stages. The whole system resembles the phragmosome found in vacuolated higher plant cells. 4. In the previously reported vacuolated-cytokinetic cells parallel to the AF ring a cortical ER ring was also detected. 5. It was found that the disorganization of the dictyosomes after Brefeldin A treatment affects the normal movements of the centrosomes that follow their duplication. These results indicate that the dictyosomes of the Phaeophycean cells are functionally related to the centrosomes.

Στόχος της παρούσας διατριβής ήταν η μελέτη των μηχανισμών που εμπλέκονται στην κυτταρική μορφογένεση των Φαιοφυκών και των Σχιζοκλαδιοφυκών με έμφαση στο ρολό του κυτταροσκελετού και του ενδομεμβρανικού συστήματος. Για την καλύτερη παρατήρηση των μορφογενετικών μηχανισμών ως υλικό μελέτης χρησιμοποιήθηκαν έκτος από φυσιολογικούς θαλλούς και πρωτοπλάστες Φαιοφυκών. Οι πρωτοπλάστες αυτοί απομονώθηκαν και καλλιεργήθηκαν με τεχνικές που αναπτύχθηκαν στα πλαίσια της διατριβής. Για τη μελέτη της οργάνωσης των μικροσωληνίσκων και των μικρονηματίων της ακτίνης (ΜΝΑ) άλλα και του ενδοπλασματικού δικτύου (ΕΔ) εφαρμόσθηκαν διάφορες τεχνικές μικροσκοπίας φθορισμού. Επιπλέον πραγματοποιήθηκαν επιδράσεις με διάφορους αναστολείς που επηρεάζουν τους μικροσωληνίσκους τα ΜΝΑ η τα δικτυοσωμάτια και μελέτες με τη βοήθεια οπτικού συστήματος Nomarski και ηλεκτρονικού μικροσκοπίου. Τα βασικότερα από τα φαινόμενα τα οποία παρατηρήθηκαν και τα συμπεράσματα που προέκυψαν από αυτά είναι τα έξης: 1. Καταγράφηκαν για πρώτη φορά σε κύτταρα των Φαιοφυκών Choristocarpus tenellus Macrocystis pyrifera και Splachnidium rugosum και του Σχιζοκλαδιοφυκούς Schizocladia ischiensis κάποιοι χαρακτηριστικοί ακτινωτοί σχηματισμοί ΜΝΑ. Η μελέτη των σχηματισμών αυτών έδειξε εντοπίζονται πάντοτε στο περιφερειακό κυτόπλασμα και εμπλέκονται στην καθιέρωση πολικότητας. 2. Στα προαναφερθέντα είδη Φαιοφυκών καταγράφηκαν ακτινωτοί σχηματισμοί ΕΔ παρόμοιοι με εκείνους των ΜΝΑ. Επιδράσεις με αναστολείς έδειξαν ότι μάλλον οργανώνονται από τα ΜΝΑ. Οι ακτινωτοί σχηματισμοί ΕΔ εμπλέκονται στην καθιέρωση πολικότητας πιθανότατα μέσω ρύθμισης της κατανομής του ενδοκυτταρικού Ca²⁺. 3. Μελέτη της πορείας της κυτοκίνησης σε χυμοτοπιασμένα κύτταρα Μ pyrifera αποκάλυψε την ύπαρξη ενός περιφερειακού δακτυλίου ΜΝΑ που μετασχηματίζεται σε δίσκο ΜΝΑ. Ταυτόχρονα παρατηρείται η δημιουργία ενός λεπτού δίσκου κυτοπλάσματος όπου αναπτύσσεται το νέο κυτοκινητικό διάφραγμα. Το όλο σύστημα θυμίζει φραγμοσωμάτιο ανωτέρων φυτών. 4. Στα προαναφερθέντα χυμοτοπιασμένα-κυτοκινητικά κύτταρα καταγράφηκε επίσης ένας περιφερειακός δακτύλιος ΕΔ οργάνωσης παρόμοιας με τον δακτύλιο των ΜΝΑ. 5. Η αποδιοργάνωση των δικτυοσωματίων από τον αναστολέα Μπερφελντίνη Α στα Φαιοφύκη Dictyota dichotoma και Sphacelana ngidula βρέθηκε ότι επηρεάζει τις φυσιολογικές κινήσεις των δυο κεντροσωματίων αμέσως μετά το διπλασιασμό τους. Τα αποτελέσματα αυτά δείχνουν ότι τα δικτυοσωμάτια των κυττάρων των Φαιοφυκών σχετίζονται λειτουργικά με τα κεντροσωμάτιά τους.