CC BY
51
ББК 28.6
УДК 611.813.14.018: 599.323.4
КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕМНЫХ НЕЙРОЭНДОКРИННЫХ НЕЙРОНОВ МИНДАЛЕВИДНОГО КОМПЛЕКСА МОЗГА У САМЦОВ КРЫС
Ахмадеев А.В.
В работе характеризуются ультраструктурные особенности темных нейронов дорсомедиального ядра миндалевидного комплекса мозга у самцов крыс. Предложена морфо-функциональная классификация, отражающая явления гормон-зависимой функциональной реверсии, предопределяемой колебаниями уровней половых стероидов.
Дорсомедиальное ядро(Med) представляет собой одну из основных зон полового диморфизма миндалевидного комплекса [МК, 1]. Наличие
рецепторов к половым стероидам в его нейроэндокринных нейронах предопределяет изменение их функциональной активности в ответ на колебания уровней гормонов, имеющее место в эстральном цикле [2]. Ранее нами были проведены исследования структурно-функциональных
характеристик нейронов Med на различных стадиях эстрального цикла, что позволило выявить ряд ультраструктурных эквивалентов их
функционального состояния, которые мы обозначили как состояние «покоя», «умеренной активности» и «повышенной активности»[3].
Целью данной работы являлся анализ ультраструктурных характеристик
нейроэндокринных нейронов Med у самцов крыс, которые относятся к темным нейронам.
Материалы и методы. Исследования проведены на самцах крыс половозрелого возраста линии Вистар, весом тела 200-250 г. Кусочки ткани, содержащие Med, извлекали из головного мозга с помощью специального устройства, описанного в патенте РФ № 1679246. Материал фиксировали методом погружения в охлажденный 2,5%-ный раствор глютаральдегида на фосфатном буфере (рН 7,4) и постфиксировали в 2%-ном растворе OsO4, , обезвоживали в этаноле и заливали в эпон-812. Срезы готовили на ультратоме LKB III, контрастировали цитратом свинца и анализировали в микроскопе JEM 200 ЕХ (75 кВ). Измерения ультраструктур нейронов проводили на фотографиях, изготовленных с удвоением первичного увеличения, которое составляло от 14000 до 40000.
Результаты. Для «темных» нейронов Med было характерно наличие электронноплотного ядра и цитоплазмы. Оценка их функционального состояния (на основе учета показателей транскрипционной активности, структурной организации ядрышка, характеристик состояния
ядерных мембран, белок-синтезирующего аппарата цитоплазмы, митохондриума и вакуолярной системы) позволил выявить различия, на основании которых среди «темных» нейронов нами выделены четыре разновидности: нейроны в состоянии
«повышенной активности», «напряжения»,
«снижения активности» и дегенерации
(пикноморфные нейроны). Главным
дифференцировочным критерием, позволившим провести их классификацию, была оценка представительства ядерных транскриптов.
Состояние «повышенной активности» характеризуется наличием в ядре клетки больших очаговых скоплений РНП-гранул, которые четко выявляются на фоне эухроматина. РНП-гранулы носят характер интерхроматиновых (диаметр 20 нм), их скопления определяются в различных зонах ядра. Около очагов краевого гетерохроматина находятся отдельные перихроматиновые гранулы -осмиофильные округлые тельца с диаметром 40 нм. Ядро и ядрышко увеличены в размерах. В ядрышке, которое располагается эксцентрично, присутствуют небольших размеров фибриллярные центры с плотным фибриллярным компонентом.
Перинуклеарное пространство в отдельных участках расширено, размеры ядерных пор увеличены. Ядерная мембрана образует складки.
В перинуклерной зоне цитоплазмы определяется «пояс» из митохондрий, количество и размеры которых увеличены. Митохондрии имеют темный матрикс с увеличенным числом крист. Между отдельными митохондриями выявляются контакты. Наблюдается очаговое расширение канальцев цитоплазматической сети (ЦС), число прикрепленных рибосом на поверхности их мембран уменьшено, а плотность свободных рибосом и полисом увеличено. Комплекс Гольджи гипертрофируется появляются
мультивезикулярные, а также мультиламинарные тельца.
Для состояния «напряжения» характерна высокая электронная плотность увеличенного в
68
раздел БИОЛОГИЯ и МЕДИЦИНА
размерах ядра. В нем определяется не только большое количество РНП-гранул
(интерхроматиновых и перихроматиновых), но и осмиофильная мелкозернистая и пылевидная субстанция. Ядрышко увеличено, содержит хорошо различимый гранулярный компонент. В нем хорошо выявляются несколько фибриллярных центров с плотным фибриллярным компонентом. В центральных зонах кариоплазмы находятся различные по величине и плотности участки гетерохроматина с перихроматиновыми гранулами, количество которых могло достигать шести. Перинуклерное пространство равномерно было расширено, размеры ядерных пор увеличены. Поверхность ядра неровная из-за многочисленных инвагинаций. Язычки цитоплазмы, формируемые в области инвагинаций ядерной оболочки, содержат большие количества полисом.
Определяется высокая плотность
расположения митохондрий, размеры которых варьируют. Большинство митохондрий имеют характер светлых. Определяется тесный контакт митохондрий с цитомембранами - ЦС, комплекса Гольджи, наружной ядерной мембраной. Обращают на себя внимание резко расширенные цистерны ЦС, между которыми лежат скопления полисом и свободных рибосом. Комплекс Гольджи достигает высокого уровня развития. Локализуется он в перинуклеарной зоне, около него определяется формирование секреторных везикул. Выявлены и явления блеббинга ядерной мембраны в мембраны комплекса Гольджи. Часто встречаются мульвезикулярные и мультиламинарные тельца.
Структурная организация нейронов в состоянии «напряжения» указывает на высокую интенсивность протекающих в них транскрипционных процессов. Отмеченная осмиофилия кариоплазмы возможно
свидетельствует об увеличении содержания в клеточном ядре белков, принимающих участие, как в транспорте создаваемых РНК в цитоплазму, так и включающихся в процессы конденсации хроматина. В таких клетках, вероятно, происходят усиленно и процессы внутриклеточной регенерации, на что указывает появление мультиламинарных телец.
Снижение функциональной активности проявляется уменьшением размеров ядра и ядрышка, увеличением содержания
гетерохроматина и исчезновением скоплений интерхроматиновых гранул. Укрупнение и уменьшение числа фибриллярных центров в ядрышке происходит на фоне выраженной
осмиофилии кариоплазмы. Плотное ядрышко располагается в эксцентрично, имея контакт с хорошо выраженным краевым хроматином. Перихроматиновые гранулы около него или не выявляются, или встречаются редко. Перинуклеарное пространство неравномерно расширено. Поверхность ядра имеет складки. Цитоплазма, прилежащая к ядру содержит полисомы, светлые митохондрии и
липофусциновые гранулы. Комплекс Гольджи имеет вакуолярный компонент, просвет вакуолей свободен от содержимого. Канальцы ЦС расширены, на поверхности ее мембран определяются редко сидящие рибосомы. Митохондрии многочисленны, размер некоторых из них увеличен.
Данные нейроны, имеющие плотное ядрышко и увеличенные количества конденсированного хроматина в кариоплазме, могут быть расценены как завершившие транскрипционные процессы. Однако, обилие полисом в цитоплазме показывает, что в них активно происходят процессы трансляции.
Пикноморфные нейроны (в состоянии дегенерации) были единичными. Для них характерна выраженная почти гомогенная осмиофилия ядра и цитоплазмы, уменьшение размеров тела, сморщивание. Клеточное ядро деформировано, имеет извилистый рельеф поверхности из-за многочисленных глубоких выбуханий и инвагинаций. Под внутренней ядерной мембраной определяются скопления гетерохроматина. Ядрышко плотное, находится в центре ядра, или фрагментировано, при этом его части находятся около внутренней ядерной мембраны. Перинуклеарное пространство узкое, местами плохо различимо.
В прилежащих к ядру зонах цитоплазмы видны многочисленные, увеличенные в размерах, митохондрии. Они имеют светлый матрикс, большинство крист разрушено. Канальцы ЦС плохо различимы. Они очень узкие, мембраны из-за осмиофилии гиалоплазмы не видны. Между канальцами ЦС располагаются отдельные свободные рибосомы или участки гомогенной цитоплазмы. Цистерны комплекса Гольджи резко расширены или, наоборот, спадаются, формируя стопки с расширениями на концах. Просвет их не имеет содержимого. Можно полагать, что в подобных случаях происходит гибель клетки путем апоптоза.
Обсуждение. Исследование механизмов действия гормонов развивается чрезвычайно
быстро и вносит важный вклад в продолжающуюся революцию в биологии. За последние 15 лет установлено, что гормоны регулируют все жизненные процессы - не только метаболизм и функции клеток, но и матричные синтезы (транскрипцию, трансляцию), определяемые геномом. Открыты главные пути передачи гормональных сигналов в ядро клетки, установлена трансактивация этих систем, идентифицированы их молекулярные механизмы [4].
Однако прогресс наших знаний в области молекулярных механизмов действия гормонов на нейроны не сопровождается накоплением сведений об ультраструктурных изменениях, которые, несомненно, эти механизмы сопровождают. Между тем, понимание сути структурно-функциональных перестроек, происходящих на фоне колебания уровней гормонов, способно указать путь для разработки мероприятий, с помощью которых можно было бы оптимизировать работу нейронов, их сетей и в целом головного мозга.
С помощью достижений молекулярной биологии удалось изучить некоторые стороны структуризации транскрипционных процессов в клетках. Сейчас считается общепризнанным, что синтезируемая в ядре гетерогенная ядерная РНК выявляется в виде перихроматиновых фибрилл, малые ядерные РНК, участвующие в сплайсинге гетерогенной ядерной РНК, выявляются как интерхроматиновые гранулы. Также полагают, что перихроматиновые гранулы представляют собой комплексы информационной рибонуклеиновой кислоты - информоферы [5]. Все указанные структуры были обнаружены нами как проявление
экспрессии генов в клеточных ядрах нейроэндокринных нейронов Med. Их выраженность стала основанием для суждения о функциональной активности нейронов.
Следует отметить и осмиофилию кариоплазмы темных нейронов. Вероятно, она связана с накоплением в ядре большого количества белков (гистоновых и негистоновых), поступающих в него из цитоплазмы, которые играют роль регуляторов процессов транскрипции. В настоящее время выявлено много таких групп белковых молекул -коактиваторы, корепроссоры, коинтеграторы и т.д.[6]. Для инициации транскрипции необходимы модификация и ремоделинг (изменение физической структуры) хроматина, что обеспечивает доступность матрицы ДНК для общих факторов транскрипции [7]. Процессы снижения активности клеток проявляются увеличением содержания гетерохроматина.
Результаты проведенного исследования указывают на то, что популяция темных нейронов Med представляет собой гетерогенную по функциональной активности группу клеток. Ультраструктурная характеристика нейронов в состоянии «повышенной активности»,
«напряжения» и «снижения активности», приведенная в работе, идентична у самцов и самок крыс, однако, только у самцов нами обнаружены пикноморфные нейроны, которые свидетельствуют о возможности гибели нейронов путем апоптоза. Этот факт требует дальнейшего исследования.
Работа выполнена при финансовой поддержке Гранта Президента Российской Федерации МК-1643.2005.4.
ЛИТЕРАТУРА
1. Акмаев И.Г., Калимуллина Л.Б. Миндалевидный комплекс мозга: функциональная морфология и нейроэндокринология. М.: Наука, 1993. 269 с.
2. .Sato M., Moria Y., Kiyama H., Noguchi K. //Neurosci. Res. 1987.№ 5. С 131-145.
3. Ахмадеев А.В., Калимуллина Л.Б.// Цитология. 2004. Т. 46. № 5. С.45-49.
4. Кулинский В.Н., Колесниченко Л.С. // Биохимия. 2005. Т.70. №4.С. 476-492.
5. Ченцов Ю.С. Введение в клеточную биологию. М.: Академкнига, 2004.
6. Смирнов А.Н. //Росс. физиол. журнал. 2005.Т. 91. № 1. С. 31-45.
7. Шидловский Ю.В., Набирочкина Е.Н.// Генетика. 2005. Т.41. №7. С. 884-892.
Поступила в редакцию 04.04.06 г.
