2) анафазы
3) телофазы
4) G1
Колхицин останавливает митоз в метафазе за счёт связывания с β-тубулином — белком, из которого формируются микротрубочки веретена деления. В результате нарушается полимеризация микротрубочек и не формируется полноценное веретено, обеспечивающее расхождение сестринских хроматид к полюсам клетки.
При повреждении веретена активируется контрольная точка сборки веретена (spindle assembly checkpoint), которая блокирует переход от метафазы к анафазе. Не происходит активации комплекса APC/C, деградации секурина и последующего включения сепаразы, поэтому центромеры и сестринские хроматиды не разделяются. Именно поэтому колхицин и его лабораторный аналог колцемид применяются для накопления клеток в метафазе при цитогенетическом исследовании: в этот момент хромосомы максимально конденсированы и хорошо видны при микроскопии.
Метод имеет принципиальное значение для кариотипирования, выявления числовых и крупных структурных хромосомных перестроек. После воздействия препарата клетки обычно подвергают гипотонической обработке и фиксации, что позволяет получить распластанные метафазные пластинки. Длительное или чрезмерное воздействие может приводить к гибели клеток, нарушению цитокинеза и формированию полиплоидных клеток.
| Этап клеточного цикла | Основное событие | Влияние нарушения микротрубочек | Значение для цитогенетики |
|---|---|---|---|
| G1 | Рост клетки, синтез РНК и белков | Колхицин непосредственно не вызывает остановку на этой стадии | Хромосомы не конденсированы и обычно непригодны для стандартного кариотипирования |
| S | Репликация ДНК и удвоение генетического материала | Колхицин не блокирует репликацию как основной мишени препарата | Формируются сестринские хроматиды, но они ещё не видны как метафазные хромосомы |
| G2 | Подготовка к митозу, контроль целостности ДНК | Нарушение микротрубочек проявляется преимущественно после вступления клетки в митоз | Клетка готова к конденсации хроматина и сборке веретена |
| Профаза и прометафаза | Конденсация хромосом, разрушение ядерной оболочки, прикрепление микротрубочек к кинетохорам | При выраженном дефиците микротрубочек нарушается формирование биполярного веретена | Подготовка к получению метафазной пластинки |
| Метафаза | Выстраивание хромосом по экватору клетки | Колхицин стабилизирует состояние блока: веретено функционирует неправильно, переход в анафазу не происходит | Оптимальная стадия для кариотипирования и анализа числа и структуры хромосом |
| Анафаза | Расхождение сестринских хроматид к противоположным полюсам | При колхициновом блоке эта стадия не наступает; возможны нарушения сегрегации при последующем восстановлении цикла | Нормальное расхождение хроматид не наблюдается |
| Телофаза и цитокинез | Формирование дочерних ядер и разделение цитоплазмы | После длительного воздействия возможны полиплоидизация, микронуклеация или гибель клетки | Не являются целевой стадией остановки при стандартной обработке |
Таким образом, метафазный арест является прямым следствием подавления колхицином динамики микротрубочек и работы митотического веретена. В лабораторной генетике препарат используют не для терапевтического воздействия на клеточный цикл, а для синхронизации и накопления делящихся клеток. Качество цитогенетического результата зависит от длительности обработки, концентрации препарата и последующей правильной подготовки метафазных препаратов.