CC BY
35
О Коллектив авторов, 1997 УДК 616.006.04:575.113
И. П. Шабалкип, А. С. Ягу бое, В. И. Минаев
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ПОПУЛЯЦИИ КЛЕТОК В НОРМЕ И ПРИ ПАТОЛОГИИ
EXPERIMENTAL INVESTIGATIONS
I. P. Shaba.lk.in, A. S. Yagubov, V. I. Minayev
QUANTITATIVE EVALUATION OF FUNCTIONING OF NORMAL AND PATHOLOGICAL CELL POPULATIONS (BY CYTOMETRIC FINDINGS)
(по данным цитофотометрии)
Отдел молекулярно-биологических и радиоизотоппых методов исследований
Известно, что опухоль изменяет характер функционирования органа или ткани организма-опухоленоси-теля в том случае, если при наличии опухоли не менее 1/3 популяции клеток органа или ткани переходит в качественно новое состояние [5].
Настоящая работа посвящена изучению функциональной активности генома в процессе роста и развития нормальных и патологических популяций. Для решения поставленной задачи использован разработанный нами [3] метод оценки функциональной активности генома клеток. Метод основан на цитофотометрическом анализе популяции клеток при окраске ядер клеток по Фельгену (окраска на ДНК) и нафтоловым желтым Б (окраска на гистоны). Для количественного определения функциональной активности генома клетки предложен показатель Кфагсн — коэффициент функциональной активности генома клеток, который выведен из отношения гистон/ДНК после определения оптической плотности окрашенного ядра.
Материалы и методы. Объектом исследования служили органы мышей и крыс разного возраста, а также перевивная аденокарцинома толстой кишки (АТК). В качестве материала для анализа были использованы отпечатки опухоли АТК, почек, печени, селезенки, головного мозга животных, которые обрабатывали по описанной ранее методике [3, 5]. На основе полученных данных строили гистограммы распределения клеток в зависимости от значений Кф;,гси. Различия между двумя сравниваемыми гистограммами оценивали с помощью показателя С, выраженного в процентах [5].
Результаты и обсуждение. Как видно из табл. 1 и
2, различие по величине значений К1|ш.с1, при сравнении раннего и последующего, т. е. более позднего этапа развития одной и той же популяции клеток, как в норме, так и при патологии статистически достоверно, если показатель С превышает 33%. Данный факт указывает на то, что число клеток в популяции, находящейся на позднем этапе развития, отличается по функциональной активности их генома не менее чем па
Department for Molecular Biological and Radioisotopic Methods of Study
As shown earlier [5] the tumor affects functioning of the tumor-bearing organ or tissue if not less than 1/3 of cell population of this organ or tissue has come into a qualitatively new state at the presence of the tumor.
This paper studies genome functional activity during growth of normal and pathological populations. In this study we used the method for evaluation of cell genome functioning developed previously [3]. The method is based on cytophotometric analysis of cell populations after Feulgen (DNA) and naphthol yellow S (histone) staining. To make a quantitative evaluation of the cell genome functional activity we proposed a parameter Cfagcn, i. e. coefficient of functional activity of cell genome derived from the histone/DNA ratio after determination of optical density of the stained nucleus.
Materials and Methods. The study was performed in mice and rats of different age using the transplantable colonic adenocarcinoma (ATC). Analysis was performed on ATC, animal kidney, liver, spleen, brain smears previously processed as described elsewhere [3,5]. Cell distribution histograms with respect to Ctagcn were constructed on the basis of the analysis findings. Differences between two histograms compared were evaluated by a parameters C expressed as percentage [5].
Results and Discussion. As seen in tables 1 and 2 differences in Cfagcn between an early and a later development stages of the same cell population (no matter whether it was normal or pathological) were statistically significant if the parameter C was more than 33%. This is evidence of the fact that the number of cells in a population in a later development stage differs in its genome functional activity by not less than 1/3 of the initial, i.e. previous, population state. We demonstrated earlier [4,5] that this value (1/3) was the threshold of the population transition to a qualitatively new state. Of interest that time of preparation of a cell population to the qualitative shift is different for different popu-
Экспериментальные исследования
Таблица 1 Table 1
Динамика изменения величины Кфаген в течение роста перевивной АТК мыши
Changes in Cfagen during growth of transplantable murine colonic adenocarcinoma
Возраст опухоли, дни после Величина Кфаген Показатель С, %
перевивки
7 1,32(1,27 - 1,37)
12 1,38(1,33 -н 1,43) 16
14 1,36(1,28 ч- 1,44) 26
19 1,30(1,27 ч- 1,33) 39
21 1,28(1,26 ч- 1,30) 12
Tumor аде, days following transplantation Cfagen values Parameter С, %
Примечание. Здесь и в табл. 2 в скобках — предел колебаний. Note. Here and in table 2 in parentheses variation limits.
1/3 от исходного, т. e. предыдущего состояния популяции. Несколько ранее показано, что эта величина (1/3) является порогом перехода популяции в качественно новое состояние [4, 5]. Интересно, что время, в течение которого происходит подготовка популяции клеток к качественному скачку, для разных популяций различно. Так, в почках мышей переход популяции в качественно новое состояние наблюдается между 7-м и 11-м днем с момента рождения животного, в то время как популяция головного мозга претерпевает статистически достоверные изменения по критерию Кфагсн лишь в период старения животного (15 мес), когда появляются деструктивные элементы в ткани головного мозга. Наряду с этим наблюдающееся в экспериментах отсутствие различий по показателю С и величине Кфагсн между ранним и более поздним этапом развития одной и той же клеточной популяции указывает на то, что популяция либо еще не накопила достаточного количества функционально измененных клеток, необходимых для перехода в качественно новое состояние, либо уже перешла в состояние устойчивого равновесия (steady state), когда число погибающих клеток уравновешивается либо числом пролиферирующих, либо числом выходящих из состояния «покоя», в задачу которых входит поддержание гомеостаза популяции в условиях постоянного действия вредных факторов внешней среды [2]. Что касается изучения динамики изменения величины К,|,агсн в процессе роста перевивной АТК, то статистически достоверное изменение величины Кф.1ГСН в сторону уменьшения в интервале между 14-м и 19-м днем после перевивки свидетельствует о переходе растущей клеточной популяции АТК в состояние регрессии [1].
Таким образом, не только при патологии, но и в норме изменение функционального состояния популяции, определяемое по критерию Кфа[.сн, обусловлено переходом не менее 1/3 клеток популяции в качественно новое состояние.
ЛИТЕРАТУРА/REFERENCES
1. Козлов А. М., Софьина 3. П. II Бюл. экспер. биол.— 1978.—
№ 2.— С. 715—717.
2. Терских В. В. // Клеточный цикл. — М., 1973. — С. 165—178.
Таблица 2 Table 2
Динамика изменения величины Кфаген в процессе развития отдельных органов мышей и крыс Changes In Cfagen during development of some mouse and rat organs
Орган животного Возраст животного, ДНИ после рождения Величина Кфагеи Показатель С, 0/ /о
Печень 14 1,02(0,98 ч- 1,06)
крысы Rat liver 22 28 60 1,36(1,32 1,40) 1,33(1,29 + 1,37) 1,31 (1,27 ч- 1,36) 80 31 32
Селезенка 14 0,85 (0,82 ч- 0,88)
крысы Rat spleen 22 0,99 (0,95 4- 1,03) 40
28 1,04(0,99 -г 1,09) 25
Почка мыши Mouse kidney 3 7 1,53(1,47 -i- 1,59) 1,60(1,53 1,67) 19
11 1,74(1,66 4- 1,82) 34
Головной 5 2,28 (2,18 -=- 2,38)
мозг мыши Mouse brain 90 2,42 (2,32 ч- 2,52) 15
450 2,97 (2,85 -г 3,09) 33
Animal organ Animal age, days from birth Cfagen values Parameter С, %
lations. For instance, in mouse kidney the population transition into a new state occurs between day 7 and 11 from birth, while the brain population undergoes statistically significant changes by Cfagcn only in animals of advanced age (15 months) when destructive elements appear in the brain. The absence of differences by C and Cfagcn between an earlier and a later development stages of the same population observed experimentally suggests that either the population has not yet accumulated a sufficient amount of functionally altered cells needed for the transition into a qualitatively new state or has already come into a steady state when the number of dying cells equals to the number of proliferating cells or those leaving the quiescence state to maintain population homeostasis under the continuous action of harmful environmental factors [2]. As concerns changes in Cra.,cn during growth of a transplantable ATC, the statistically significance of differences in Clagcn towards smaller values occurring between day 14 and 19 after transplantation was evidence of transition of the growing ATC cell population into the state of regression [1].
Thus, the shift in the population functional state as determined by Cragcn occurs due to a transition of not less than 1/3 of populational cells into a qualitatively new state.
3. Шабсшкип И. П. И Биология репродукции клеток. — М.,
1994. —С. 72—78.
4. Шабалкин Я. П., Желудкова О. Г. Использование метода оценки функциональной активности генома клетки в ранней диагностике рецидива острого лимфобластного лейкоза. ВИНИТИ, деп. № 1013-В94.
5. Шабалкин И. П., Я,убое А. С. II Вести. ОНЦ РАМН.—
1995. — № 4.— С. 14—17.
Поступила 04.04.96 / Submitted 04.04.96
