CC BY
16
© Саковська Л. В., Горбань Л. В., Мотрина О. А., Грубська Л. В., Клепко А. В. УДК 577.1:611.013.11/57.042
Саковська Л. В., Горбань Л. В., Мотрина О. А., Грубська Л. В., Клепко А. В.
ОСОБЛИВОСТ1 ВПЛИВУ ЮШЗУЮЧО1 РАД1АЦП НА ВИЖИВАННЯ ТА РОЗВИТОК СПЕРМАТОГОН1Й ПРИ ЛОКАЛЬНОМУ ОПРОМ1НЕНН1 ТЕСТИКУЛ ЩУР1В
Державна установа «Нацюнальний науковий центр радiацiйноí медицини НАМН УкраГни» (м. КиГв)
alla.klepko@gmail.com
Дослiдження виконано в рамках науково-дослщ-но! роботи лабораторп радiацiйноI бiохiмiI 1нституту експериментально! радюлоги ДУ «Нацiональний науковий центр радiацiйноI медицини НАМН Укра!ни» «Розробка прогностичних маркерiв оцiнки спер-мопродукуючо! функцiI генеративного епiтелiю за умов дм iонiзуючоI радiацiI», № державно! реeстрацiI 0115и002698.
Вступ. Клiтини сперматогенного епггелт сiм'яних канальцiв ссавцiв, до яких вщносяться сперматогонiI, сперматоцити, сперматиди та спер-матозо!ди вже впродовж цтого столiття е об'ектом рiзноманiтних радiобiологiчних дослiджень [2,3,8].
За цей час вдалось встановити, що тестикулярна паренхiма е однiею з найбтьш радiочутливих тканин органiзму до дм рентгенiвських та гамма-променiв, оскiльки пошкоджуюча дiя радiацiI на не! мае прояв вже при дозах 0,15-0,3 Гр. У людини, наприклад, це стае причиною появи тимчасово! ол^озоосперми [9,14]. По-друге, виявилось, що гермшативы клгги-ни теж вiдрiзняються за своею радючутливютю. Так, у щурiв найбiльш чутливими до радiацi! е промiжнi (А|п) та В-сперматогонп, а також недиференцмоваы А-сперматогони з коротким клггинним циклом (Арг, Аа|), котрi гинуть при опромiненнi в дозах менше за 1,0 Гр. В той же час, стовбуровi Аз-сперматогони можуть витримувати дози до 10,0 Гр [10,11]. Саме за рахунок радюрезистентних Ав-сперматогонив вiдбуваеться репопуляцiя та вщновлення сперматогенного епiтелiю Ым'яних канальцiв. В той же час, для сперматоци^в характерна помiрна радюрезис-тентнiсть, що дае !м змогу виживати при дозах 2,03,0 Гр, тодi як найбiльша радюрезистентнють при-таманна сперматидам та сперматозо!дам, причому останнi здатнi зберiгати свою рухливють та морфо-логiчнi ознаки пюля опромiнення в дозах до 1000 Гр [1,5,6,16].
Аварiя на ЧАЕС та велика ктькють еколопчно небезпечних iндустрiальних пiдприемств сприяли у значнм мiрi тому, що бтьшють чоловiчого насе-лення Укра!ни зараз проживае на радюактивно та хiмiчно забруднених територiях i, внаслiдок цього, утворюе групу ризику щодо розвитку репродуктив-но! та онколопчно! патологи. ^м того, застосуван-ня радютерапп при лiкуваннi онкозахворювань теж з великою iмовiрнiстю може спричинити радiацiйне пошкодження генеративних клiтин. В цьому зв'язку
виникае потреба в розробц адекватних пiдходiв для оцiнки складност та тривалостi радiоiндуковано! чо-ловiчо! iнфертильностi за допомогою сучасних мо-лекулярних маркерiв.
Враховуючи, що основним критерiем вщновлен-ня репродуктивно! системи е здатнють до вщтворен-ня потомства, використання тваринних модельних систем е дуже корисним. До того ж, для бтьшост видiв лабораторних тварин, зокрема щурiв, чiтко встановлен тривалiсть циклу сперматогенного ет-телю i повна довжина сперматогенезу, що дорiвнюе 12,9 та 65 дыв, вiдповiдно. Крiм того, показано, що ц величини не змiнюються при дм радiацi!. Проте, пiслярадiацiйнi ефекти в значнм мiрi мають генотип-специфiчну залежнiсть, що зумовлюе появу рiзних променевих реакцiй у вщповщь на опромiнення не тiльки на рiвнi виду, але й навггь iнбредно! лiнi! [4]. В зв'язку з цим виникае потреба у проведены попе-редньо! деталiзацi! поведшки конкретно! модельно! системи на дт радiацi!.
Мета досл1дження - вивчення динамки вижи-вання та розвитку сперматогонм, а також особли-востей репопуляци звивистих сiм'яних канальцiв за умов дм гострого локального опромшення тестикул щурiв в дозах 1,0-7,0 Гр.
Об'ект I методи дослщження. Експеримен-ти проведенi на статевозрiлих бiлих лабораторних щурах вiком 12-14 тижыв. Тварин утримували на штучному св^ловому днi (12-годиннний день/12-годинна ыч) та звичайному харчовому рацюы, що складався з сухого корму та питно! води в необхщнм кiлькостi. Експерименти здiйснено у вщповщност до конвенцi! Ради бвропи щодо захисту хребетних тварин, яких використовують у наукових цiлях.
Локальне опромшення тестикул тварин здмсню-вали на установи «РОКУС» (джерело гамма-кван^в - 60Со; потужнiсть поглинуто! дози 106,6 сГр/хв) в дозах 1,0; 2,0; 4,0 та 7,0 Гр. Все тто тварин, окрiм тазово! частини, було захищене свинцевим жилетом. Тварин умертвляли за допомогою дислокаци шийних хребцiв пiсля надмiрного вдихання СО2. Три-валiсть пострадiацiйних термiнiв склала 7, 21, 45 дiб з моменту проведення опромшення.
Мiкроскопiчний аналiз особливостей структурно! архтектонки сiм'яникiв здiйснювали з викорис-танням морфологiчних методiв дослiдження [15]. Для цього шматочки органiв спочатку фiксували у
Таблиця 1.
Вплив локального гамма-опромшення тестикул лабораторних щурiв в pi3HMX дозах на кiлькiсть стовбурових (As) та диференцшованих (А) сперматогонiй на VII-VIII стадГГ сперматогенного циклу в рiзнi термши пострадiацiйного перiоду
Доза, Гр As — сперматогонп A — сперматогонп
7 д1б 21 доба 45 д1б 7 д1б 21 доба 45 д1б
n %t n %t n %t n %t n %t n %t
0 (контроль) 2,31 ±0,16 2,31 ±0,16 2,31 ±0,16 12,2±0,4 12,2±0,4 12,2±0,4
1,0 2,21±0,20 96 2,41±0,18 104 4,25±0,18* 184 3,8±0,2* 31 11,0±0,8 90 12,1 ±0,7 99
2,0 2,05±0,14 89 1,95±0,21 84 3,02±0,27* 130 1,4±0,2* 11 10,3±0,7* 83 11,9±0,9 98
4,0 1,25±0,17* 54 2,04±0,16 88 2,21±0,32 96 0,5±0,1* 4 6,3±*0,5 52 8,5±0,6* 70
7,0 0,71±0,15* 31 1,39±0,17* 60 1,72±0,19* 74 0,1±0,1* 1 0,4±0*,2 3 0,7±0,2* 6
Примiтки:
1) n — кiлькiсть клiтин на 100 клп"ин Сертолi (M±m);
2) t — % вщ контролю;
3) * — статистично достс^ры розбiжностi з контролем (р<0,05).
сум1ш1 Боуена, а пот1м переносили до 70% етанолу i в ньому збер1гали. Герм1нативн1 кл1тини звивистих с1м'яних канальц1в фарбували гематоксил1ном i ео-зином. Для оц1нки репопуляц1йного 1ндексу готува-ли параф1нов1 зр1зи товщиною 4-6 мкм та 'х також фарбували гематоксилшом та еозином. К1льк1сний анал1з герм1нативних кл1тин та визначення стадм сперматогенного еп1тел1ю проводили за допомогою м1кроскопу «NU» (Карл-Цейсс, Н1меччина). Дан1 екс-перимент1в були статистично оброблен методами дисперс1йного анал1зу та непарного тесту Стьюден-та з поправкою Бонферон з використанням пакету програм STATISTIKA 6.0 (StatSoft 2001) та Microsoft Excell 2000. Розб1жност1 м1ж даними експеримент1в вважались статистично значущими при р<0,05 [7].
Результати дослщжень та Ух обговорення. На першому етап1 досл1дження нами було вивчено вплив гострого локального опром1нення тта лабораторних щур1в на юльюсы зм1ни стовбурових (As) i диференцмованих сперматогон1й (ЕА1+А2+А3+А4) генеративного еп1тел1ю звивистих канальц1в в за-лежност1 вщ експозицiйноi дози, котра знаходилась в штервал1 1,0-7,0 Гр (табл. 1).
Встановлено, що локальне опром1нення тестикул найбтыш позначаеться на виживанн А-сперматогон1й в перш1 дн1 пострад1ац1йного пе-р1оду, причому якщо для дози в 1,0 Гр виживан-ня становило 31% контролю, то для доз 2,0; 4,0 та 7,0 Гр воно було в межах 10% контролю. Показано, кр1м того, що для дози у 7 Гр вщновлення пулу А-сперматогон1й йде дуже повтьно, тому пюля 45-о'| доби А-сперматогон1й було зареестровано в юлькост1, що дор1внювала лише 6% контрольно'! ве-личини. Для доз 1,0; 2,0 та 4,0 Гр вщновлення проходило значно швидше, що зумовило майже повне оновлення пулу А-сперматогон1й через 45 д1б пюля опром1нення в дозах 1,0 та 2,0 Гр, та на 70% - при доз1 в 4,0 Гр. As-сперматогонп, як виявилось, зазнали значно меншо' шкоди при опром1ненн1, осюльки 'х к1льк1сть лише при дозах 4,0 та 7,0 Гр зменши-лась до 54 та 31% контролю, вщповщно, а при дозах 1,0 та 2,0 Гр статистично майже не вщр1знялась вщ контрольно' величини. При вс1х експозицмних дозах
вщбувалось вiдновлення пулу Ав-сперматогонм протягом 21-денного термiну. Крiм того, вiдмiчено активну пролiферацiю As-сперматогонiй при дозах 1,0 та 2,0 Гр, коли 1х кiлькiсть в 1,8 та 1,3 рази, вщповщно, перевищила контрольний показник.
Не зважаючи на достатне вщновлення пулу Ав-сперматогонм при дозi в 7,0 Гр (74% контролю за 45 дiб пюля опромЫення), кiлькiсть А-сперматогонм в цей же термiн була мiзерна (6% контролю), що вказуе на ймовiрнiсть посилення апоптозу Ав-сперматогонiй.
Дiйсно, дослщження тотальних препара^в сiм'яних канальцiв встановило появу пгантських стовбурових клiтин, котрi могли перебувати на рiз-них стадiях сперматогенного циклу. Таю юглтини, як вказують деяю автори [12,13,18], здатнi довгий час перебувати у стан спокою, а по™ або входити в некроз та гинути, або вщновлюватись i перетворюва-тись в активы А-сперматогонп. Як видно з таблиц 2, пгантсью клiтини повнютю вiдсутнi в контролi, а при дозi в 7,0 Гр 1х кiлькiсть у 4,3 рази перевищувала таку ж величину для дози в 1,0 Гр.
Дослщження генеративного епггелт звивистих сiм'яних канальцiв встановило, що дози 1,0-2,0 Гр
Таблиця 2.
Вплив локального гамма-опромшення тестикул лабораторних щур1в в р1зних дозах на появу пгантських стовбурових кл1тин (Дед) на 7-му добу пострад1ацшного перюду
Доза, Гр Пгантсью стовбуров1 кштини (Asg)
к1льк1сть на 100 кштин Сертол1 % в1д загально' к1лькост1 стовбурових кл1тин
0 <0,01 0
1,0 0,39±0,04* 15
2,0 0,59±0,05* 22
4,0 1,26±0,09* 50
7,0 1,30±0,20* 65
Примiтка: * — статистично достовiрнi розбiжностi з контролем (р<0,05).
Таблиця 3.
Вплив локального опромшення тестикул лабораторних щурiв гамма-радiацieю на збереження генеративного епiтелiю в сiм'яних канальцях у рiзнi термiни пострадiацiйного перiоду
Доза, Процентна юльюсть с1м'яних канальц1в, де вщбуваеться сперматогенез
Гр 7 д1б тсля опромшення 21 доба тсля опромшення 45 д1б п1сля опром1нення
0 (контроль) 100 100 100
1,0 100 100 100
2,0 100 100 100
4,0 72±5* 59±3* 43±3*
7,0 37±4* 1±1* 0*
Примiтка:
(р<0,05).
статистично достовiрнi розбiжностi з контролем
не спричиняють IX спустошення через втрату гермг нативних клггин (табл. 3). Однак доза в 4,0 Гр локального опромшення тестикул зумовлювала появу порожых канальц1в, к1льк1сть яких зростала в залеж-ност1 в1д тривалост1 пострад1ац1йного перюду. Так, якщо за 7 д1б порожн1ми було зареестровано лише 8% вщ ус1х канальц1в, то через 45 д1б ця величина збтьшилась до 87% (табл. 2). При доз1 в 7,0 Гр, по-чинаючи з 21-1 доби пострад1ац1йного пер1оду, спо-стер1галасы майже повна шволюц1я генеративного еп1тел1ю звивистих с1м'яних каналыц1в.
В подалышому було проанал1зовано здатн1сты стовбурових кл1тин до репопуляцп спустошених звивистих с1м'яних каналыц1в шляхом 1х клонопод1бного перетворення спочатку у А1-сперматогонИ, а зго-дом - послщовно у А2, А3, А4, А.п та В-сперматогонИ. Останн1, як в1домо, даюты початок сперматоцитам. Визначення репопуляцмного 1ндексу с1м'яних ка-налыц1в показало (табл. 4), що при локальному опром1ненн1 тестикул в доз1 1,0 Гр з'являетыся при-близно 0,07% спустошених с1м'яних каналыц1в, при-чому середня к1лык1сты стовбурових кгмтин пор1вняно з контролем зменшуетыся до ~ 4,96 кл1тин/каналецы. При зб1лышенн1 дози локального опром1нення тестикул середня ктькють Аз-сперматогон1й поступово зменшилась спочатку в 3,5 рази при доз1 в 4,0 Гр,
Таблиця 4.
Вплив рiзних доз локального гамма-опромшення тестикул
лабораторних щурiв на вiдновлення сперматогенезу у звивистих ^м'яних канальцях та виживання стовбурових клоноутворюючих клiтин на 45 добу пострадiацiйного
термiну
Параметр Доза, Гр
0 1,0 2,0 4,0 7,0
Репопуляцмний 1ндекс 100 99,3 99,1 76,4 21,0
Середня юльюсть клоноутворюючих сперматогошй, що м1ститься на поперечному зр1з1 с1м'яних канальц1в товщиною в 4 мкм 70 4,96 4,71 1,40 0,24
а пот1м досягла найнижчого р1вня 0,24 кл1тин/кана-лець при доз1 в 7,0 Гр.
Вивчення мгтотично! активност1 А1-сперматогон1й при локальному опромшены тестикул встановило, що на вщмшу в1д контролю, де поява клон1в з 2, 4, 8 та 16 клггин характеризувалась р1вном1рнютю за процентним розпод1лом в сперматогенному епгте-л1ю звивистих с1м'яних канальц1в, при дозах 1,0-7,0 Гр спостер1галось поступове зменшення к1лькост1 16-кл1тинних клон1в з 3-7% при дозах 1,0-2,0 Гр до 0 при 7,0 Гр (рис. 1). Одночасно при дозах 4,0 та 7,0 Гр ктькють клоыв з 8 клгтин також зменшилась до р1вня 4-10%.
Варто зауважити, що у всьому д1апазон1 доз ха-рактерним було суттеве зб1льшення пор1вняно з контролем процентно! к1лькост1 2-кл1тинних клоыв, причому при доз1 в 7,0 Гр !х к1льк1сть була найбть-шою I становила 64% вщ загально! к1лькост1 вс1х кло-н1в.
Одночасно при доз1 в 2,0 Гр максимально зросла процентна частка 4-кл1тинних клоыв (42%). Ц1 дан1 вказують на посилення регенерацИ стовбурових сперматогонм, що мала сприяти вщновленню змен-шеного д1ею рад1ацИ пулу гермшативних кттин та подальш1й ефективнм репопуляцИ с1м'яних каналь-ц1в. Натомють, прискорена диференц1ац1я стовбурових сперматогонм в1дразу п1сля !х регенерацИ, навпаки, шдукуе передчасне входження в апоптоз доч1рн1х кл1тин, що зумовлюе втрату репопуляцм-ного потенц1алу сперматогенним еп1тел1ем. Под1бне явище було описано Роул1 1з сп1вавторами при до-слщжены яечок людини [17].
Анал1з динамки регенерацИ А-сперматогон1й показав, що в першн терм1ни п1сля опромшення вони значно зменшувались в сво!й к1лькост1 на 7-му добу, а згодом на 21-шу та 45-ту добу поступово вщнов-лювали свою юльюсть. Так1 законом1рност1 були вщ-м1чен1 для вс1х досл1джених доз рад1ацИ (рис. 2).
Проведен! досл1дження встановили, що спустошення сперматогенного еп1тел1ю в1дбувалось поступово в залежност1 в1д дози опром1нення, причому спочатку в першм дн1 пострад1ац1йного пер1оду зникали найб1льш рад1очутлив1 гермшативы кттини, а саме А-сперматогонИ та прелептотенн спермато-зо!ди, у яких 1_й50 становить приблизно 1,0-2,0 Гр. В1-домо, що як сперматогони, так I прелептотенн1 спер-матоцити розташован перед гематотестикулярним бар'ером, тод1 як 1нш1 герм1нативн1 клгтини, починаючи з лептотен-них сперматоцит1в, перебувають за межами цього бар'еру. В результат! вижившм сперматоцити I сперматозо!ди продовжують про-суватись по хвил1 сперматогенного еп1тел1ю I поступово зв1льняють прост1р с1м'яного канальця, потра-пляючи спочатку до тестикуляр-ного сплет1ння, а пот1м вже через еферентну протоку до епщидимг с1в та с1м'явиносно! протоки.
Така посл1довн1сть под1й зумовлювала р1зке зменшення при-сутност1 спермив у тестикулах на
Рис. 1. Вплив локального гамма-опромшення тестикул лабораторних щурiв в рiзних дозах на процентний роз-подiл А-сперматогонiй по клонах з 2; 4; 8 та 16 кл^ин на VII-VIII стадiях сперматогенного циклу через 45 дiб пiсля опромiнення.
пiзнiх термшах пострадiацiйного перiоду та суттеве зниження денного спермоутворення до м^мально-го рiвню при дозi в 7,0 Гр. Це спричинило спочатку появу ознак глибоко! олiгозооспермiI, котра по™ переходила в азооспермiю в бтьш пiзнi термiни по-страдiацiйного перюду.
Висновки
1. Встановлено, що локальне опромшення тестикул щурiв гамма-променями в дозах 1,0-7,0 Гр спричиняе дозозалежне зменшення пулу Ав-сперматогонм на 7 добу пострадiацiйного перюду. Згодом цей пул починае вщновлюватись i на 45 добу досягае рiвня контролю при дозi в 4,0 Гр, тодi як при дозах 1,0 та 2,0 Гр вш перевищуе контрольнi величи-ни в 1,8 та 1,3 рази, вщповщно. На вщмшу, при дозi опромiнення в 7,0 Гр вщновлення Аs-сперматогонiй було неповним.
2. Вщновлення пулу А-сперматогонм протягом 45 дiб пострадiацiйного перiоду було повним при дозах опромшення 1,0 та 2,0 Гр. В той же час, при дозi в 4,0 Гр вщновлення становило 70% контрольно! величини, а при 7,0 Гр - лише 6% контролю.
3. Встановлено, що локальне гамма-опромшен-ня тестикул бтих щурiв спричиняе появу пгантських
Рис. 2. Вплив локального гамма-опромшення (1,0; 2,0; 4,0 та 7,0 Гр) тестикул лабораторних щурiв на процентний розподш сперматогошй на VIII стадГГ циклу сперматогенного ештел^ звивистих канальщв в рiзнi термiни пiслярадiацiйного перiоду.
Ав-сперматогонм та переважне утворення клонiв А^сперматогонм в 2-4 клiтини.
4. Показано, що повне спустошення звивистих Ым'яних канальцiв вiдбуваeться при дозi опромшен-ня в 7,0 Гр протягом 21 доби пострадiацiйного перюду. При дозi радiацiI в 4,0 Гр заселення гермша-тивними кттинами спостерiгалось в 43% канальцiв ще на 45 добу пiсля опромшення. Доза 1,0 та 2,0 Гр спричинили лише часткове спустошення звивистих Ым'яних каналь^в в тестикулах щурiв.
5. З'ясовано, що локальне опромшення тестикул в дозах 1,0-7,0 Гр не спричиняе повно! загибелi кло-ноутворюючих стовбурових сперматогонiй, що пе-редбачае можливiсть вiдновлення сперматогенезу та репопуляци звивистих сiм'яних канальцiв гермг нативними клiтинами для всiх дослщжених доз.
Перспективи подальших дослiджень. В по-дальшому плануеться проаналiзувати властивост сперматогенного епiтелiю звивистих сiм'яних ка-нальцiв щурiв в бiльш вщдалеы термiни пострадг ацiйного перiоду, зокрема 30 та 60 тижыв, а також встановити, насюльки вiдновлюеться спермопроду-куюча функцiя тестикул у вказаний перюд.
Лiтература
10.
11.
Андрейченко С.В. Радиационно измененные мужские гаметы в реконструировании эукариотического генома: автореф. доктор. дисс. / С.В. Андрейченко. - Киев, 1992. - 36 с.
Гродзинський Д.М. Радюбюлопя: ГПдруч. для студ. бюл. спец. вищ. навч. закл. / Д.М. Гродзинський. - К.: Либщь, 2001. - 448 с. Ярмоненко С.Г. Радиобиология человека и животных. Учебное пособие / С.Г. Ярмоненко, А.А. Вайнсон. - М.: Высшая школа, 2004. - 549 с.
Abuelhija M. Differences in radiation sensitivity of recovery of spermatogenesis between rat strains / M. Abuelhija, C.C. Weng, G. Shetty [et al.] // Toxicol. Sci. - 2012. - Vol. 126 (2). - P. 545-553.
Ahmadi A. Developmental capacity of damage spermatozoa / A. Ahmadi, S-Ch. Ng // Hum. Reprod. - 1999. - Vol. 14 (9). - P. 2279-2285.
Ahmadi A. Fertilization and development of mouse oocytes injected with membrane-damaged spermatozoa / A. Ahmadi, S-Ch. Ng // Hum. Reprod. - 1997. - Vol. 12 (12). - P. 2797-2801.
Bland M. An introduction to medical statistics / M. Bland. - 3rd ed. - Oxford: Oxford Univ. Press, 2007. - 405 p.
Bushong S.C. Radiation science for technologists: physics, biology and protection / S.C. Bushong. - 8th ed. - Elsevier: Elsevier
Mosby, 2004. - 638 p.
Colpi G.M. Testicular function following chemo-radiotherapy / G.M. Colpi, G.F. Contalbi, F. Nerva [et al.] // Eur. J. Obstr. Ginecol. Reprod. Biol. - 2004. - Vol. 113. - P. 2-6.
Erikson B.H. Comparison of stem-spermatogonial renewal and mitotic activity in the y-irradiated mouse and rat / B.H. Erikson, G.G. Hall // Mut. Res. - 1983. - Vol. 108. - P. 317-335.
Erikson B.H. Effect of 60Co gamma-radiation on the stem and differentiating spermatogonia of the postpubertal rat / B.H. Erikson // Radiat. Res. - 1976. - Vol. 68. - Р. 433-448.
12. Erikson B.H. Effect of continuous gamma-radiation on the stem and differentiating spermatogonia of the adult rat / B.H. Erikson // Mut. Res. - 1978. - Vol. 52. - P. 117-128.
13. Henriksen K. Stage-specific apoptosis in the ratseminiferous epithelium: quantification of irradiation effects / K. Henriksen, J. Kulmala, J. Toppari [et al.] // J. Androl. - 1996. - Vol. 17 (4). - P. 394-402.
14. Littley M.D. Endocrine and reproductive dysfunction folloeing fractionated total body irradiation in adults / M.D. Littley, S.M. Shalet, G.R. Morgenstern, D.P. Deakin // Quart. J. Med. New Ser. - 1991. - Vol. 78 (287). - P. 265-274.
15. Meistrich M.L. Spermatogonial stem cells: assessing their survival and ability to produce differentiated cells / M.L. Meistrich, M.E.A.B. van Beek // Methods Toxicol. - 1993. - Vol. 3A. - P. 106-123.
16. Pandey K.K. Genetic transformation in chicken by the use of irradiated male gametes / K.K. Pandey, M.R. Patchell // Mol. Gen Genet. - 1982. - Vol. 186 (3). - P. 295-300.
17. Rowley M.J. Effect of graded doses of ionizing radiation on the human testis / M.J. Rowley, D.R. Leach, G.A. Warner [et al.] // Radiat Res. - 1974. - Vol. 59. - P. 665-678.
18. West A. X-irradiation-induced changes in the progression of type B spermatogonia and preleptotene spermatocytes / A. West, J. Landetie // Mol. Reprod. Dev. - 2001. - Vol. 58. - P. 78-87.
УДК 577.1:611.013.11/57.042
ОСОБЛИВОСТ1 ВПЛИВУ ЮН1ЗУЮЧОТ РАД1АЦП НА ВИЖИВАННЯ ТА РОЗВИТОК СПЕРМАТОГОН1Й ПРИ ЛОКАЛЬНОМУ ОПРОМ1НЕНН1 ТЕСТИКУЛ ЩУР1В
Саковська Л. В., Горбань Л. В., Мотрина О. А., Грубська Л. В., Клепко А. В.
Резюме. Вивчали вплив локального опромшення тестикул щурiв гамма-променями на виживання та розвиток стовбурових (As) та А-сперматогонм, а також динамку репопуляци звивистих Ым'яних каналь^в в пiслярадiацiйний перюд тривалютю в 45 дiб. Встановлено, що юлькють As-сперматогонiй в перший тиждень пюля опромшення в дiапазонi доз 1,0-7,0 Гр зменшилась до м^мального значення дозозалежним чином, а згодом почала зростати, причому при дозах 1,0 та 2,0 Гр на 45 добу спостеркалось перевищення контрольно! величини в 1,8 та 1,3 рази, вщповщно. При опромшены в дозi 4,0 Гр вiдмiчено повне оновлення пулу As-сперматогонiй, тодi як при 7,0 Гр вщновлення становили лише 70%.
^м того, показано, що ктьюсть А-сперматогонм зi збтьшенням дози опромшення також зменшилась i досягла м^мального значення 6% вщ контролю на 45 добу при дозi радiацi! в 7,0 Гр. За таких умов вщ-мiчено появу пгантських As-сперматогонiй та переважне утворення клоыв А^сперматогонм з 2, 4 клггин. Дози юызуючо! радiацi! в 1,0 та 2,0 Гр не спричинили будь-якого суттевого спустошення звивистих Ым'яних каналь^в, тодi як доза в 7,0 Гр зумовила повне зникнення з них гермшативних клггин. Виявлено здатнють As-сперматогонм, що вижили пюля опромшення тестикул в дозах 1,0-7,0 Гр, до регенераци, клоноутворення та диферен^аци.
^^40Bi слова: сперматогонп, локальне опромшення, щури, сперматогенез, регенера^я, репопуля^я. УДК 577.1:611.013.11/57.042
ОСОБЕННОСТИ ВЛИЯНИЯ ИОНИЗИРУЮЩЕЙ РАДИАЦИИ НА ВЫЖИВАНИЕ И РАЗВИТИЕ СПЕРМА-ТОГОНИЙ ПРИ ЛОКАЛЬНОМ ОБЛУЧЕНИИ ТЕСТИКУЛ КРЫС
Саковская Л. В., Горбань Л. В., Мотрина О. А., Грубская Л. В., Клепко А. В.
Резюме. Изучали влияние локального облучения тестикул крыс гамма-лучами на выживание и развитие стволовых (As) и А-сперматогоний, а также динамику репопуляции извитых семенных канальцев в пострадиационный период продолжительностью в 45 суток. Установлено, что количество As-сперматогоний в первую неделю после облучения в диапазоне доз 1,0-7,0 Гр уменьшалось до минимального значения дозозависимым образом, а потом начинало увеличиваться, причем при дозах 1,0 и 2,0 Гр в конце пострадиационного периода наблюдалось превышение контрольного уровня в 1,8 и 1,3 раза, соответственно. При дозе радиации в 4,0 Гр обновление А-сперматогоний происходило в полной мере, а при дозе 7,0 Гр составляло лишь 70% контроля.
Кроме того, показано, что количество А-сперматогоний с увеличением дозы облучения также уменьшалось и достигало минимального значения в 6% контрольной величины при дозе в 7,0 Гр. В таких условиях отмечено появление гигантских As-сперматогоний и преимущественное образование клонов А-сперматогоний, состоящих из 2, 4 клеток. Дозы облучения в 1,0 и 2,0 Гр не вызывали какого-либо опустошения извитых семенных канальцев тестикул крыс, тогда как доза в 7,0 Гр обусловливала полное исчезновение из них герминативных клеток. Обнаружена способность As-сперматогоний, выживших после облучения тестикул в дозах 1,0-7,0 Гр, к регенерации, клонообразованию и дифференциации.
Ключевые слова: сперматогонии, локальное облучение, крысы, сперматогенез, регенерация, репопу-ляция.
UDC 577.1:611.013.11/57.042
PECULIARITIES OF IONIZING RADIATION INFLUENCE ON THE SPERMATOGONIA VIABILITY AND DEVELOPMENT AFTER LOCAL TESTICULAR IRRADIATION OF RATS
Sakovska L. V., Gorban L. V., Motrina O. A., Grubska L. V., Klepko A. V.
Abstract. Laboratory white rats in the age of 10 months were irradiated by gamma rays of 60Co in the dose range 1,0-7,0 Gy with a dose rate 1.0 Gy/min in the zone including testicules and lower quarter of the body, the other body parts being shielded by protective cloth containing lead plates of 3 mm thickness. The absorbed dose
was measured by ferum sulfate method using rat phantom. In the pre-radiation and post-radiation periods animals were held in cages under mixed illumination of natural and artificial light (12 hour day/12 hour night) on dry food and water ad libitum.
The quantity of germ cells along with Sertoli cells were calculated in 4 |im testicular cross-sections stained with hematoxylin and eosin. Primarily, the removed testes were fixed in Bouen's solution, dehydrated in alcohol series and then embedded in paraffin.
Gamma-irradiation did not cause any shifts of Sertoli cell amount for 1,0 Gy. At 2,0 Gy small abatement of Sertoli cell quantity below the control level was seen just after 7 weeks post-irradiation, while in the other time intervals their mean values showed complete recovery. However, dose lifting sequentially to 4,0 Gy and 7,0 Gy resulted in degeneration of approximately 20% of Sertoli cells on the 7th week post-irradiation with no recovery in the later term, i. e. 15 and 30 weeks.
The data received corroborate high radioresistance of Sertoli cells, whose LD50 had been determined to be 15-20 Gy. Spermatogonia, especially differentiating ones such as A,, A2, A3, A4, Ain, B, along with preleptotene spermatocytes are considered to be the most radiosensitive germ cells. In view of this, their amount significantly fell down already on the 7th day post-irradiation and then partially restored up to control value at the dose of 1 Gy. At 4 Gy recovery of spermatogonia did not exceed 30% of control whereas the dose 7 Gy caused their more pronounced disappearance from seminiferous epithelium in the post-irradiation period. The latter two doses proved to be detrimental also for spermatocytes and spermatids.
Incidentally seminiferous tubules showed dose dependant depletion of germ cell stocks inside them with simultaneous preservation of somatic Sertoli cells in sufficient abundance that was favorable for further regeneration of stem spermatogonia (As) and subsequent repopulation of tubules.
Upon local irradiation of rat testicules by gamma-rays in doses 4,0 and 7,0 Gy the emergence of giant As-sper-matogonia along with 2 and 4 cell clones of A-spermatogonia was observed. Apart from this, the survived As-sper-matogonia were shown to be prone to regeneration and further repopulation of seminiferous tubules by germ cells.
Keywords: spermatogonia, local irradiation, rats, spermatogenesis, regeneration, repopulation.
Рецензент — проф. Почерняева В. Ф.
Стаття надшшла 03.12.2016 року
