CC BY
48
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2018 - V. 25, № 4 - P. 46-50
Раздел II
МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ (14.03.00)
Section II
MEDICAL AND BIOLOGICAL SCIENCES (14.03.00)
УДК: 611.343
УЛЬТРАСТРУКТУРА ЭНТЕРОЦИТА КИШЕЧНОЙ ВОРСИНКИ МЫШИ В СОСТОЯНИИ ОТНОСИТЕЛЬНОГО ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ПОКОЯ
Т.Е. КАЗАКОВА*, И.Д. ДИМОВ**, Н.Р. КАРЕЛИНА**, И.С. СЕСОРОВА*, А.Д. КАШИН*, А.А. МИРОНОВ***
*ФГБОУ ВО «Ивановская государственная медицинская академия» Минздрава России, Шереметевский пр-т, д. 8, Иваново, 153012, Россия "ФГБОУВО «Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет» Минздрава России, ул. Литовская, д. 8, Санкт-Петербург, 194100, Россия "'Институт молекулярной онкологии (IFOM), Via Adamello, 16, Milano, 20139, Italia
Аннотация. В статье представлены результаты изучения ультраструктуры энтероцита кишечной ворсинки мыши в состоянии относительного функционального покоя. Для исследования методом просвечивающей электронной микроскопии у животных брали участок верхнего отдела тощей кишки через 12 часов после кормления. Был детализирован комплекс структур, формирующих сложно организованный барьер между просветом кишечника и просветом лимфатического капилляра, и состоящий из сетевидного и электронно-плотного околомембранного гликокаликса и комплекса межклеточных контактов с определенной закономерностью расположения. Ниже основания микроворсинки межклеточная щель замкнута плотным контактом (zonula occludens), под которым располагается промежуточное соединение - zonula adherens, ниже его - щелевой контакт (gap junction), после которого - десмосомы (macula adherens). Вблизи базальной части плазмалемма соседних энтероци-тов формирует зону сложных интердигитирующих контактов, разделенных между собой десмосо-мой. Энтероцит кишечной ворсинки в большей степени приспособлен для транспорта компонентов липидов, а не белков. Так, апикальная плазмалемма не участвует в эндоцитозе. На мембранах шероховатой эндоплазматической сети не обнаружены СОРИ покрытие и СОРП-мембранные почки, специализирующиеся на концентрации и транспорте белков из шероховатой эндоплазматической сети к комплексу Гольджи. Между энтероцитами кишечной ворсинки были выявлены дендритические клетки, которые, предположительно, участвуют в транспорте хиломикронов через базальную мембрану, формируя в ней поры.
Ключевые слова: электронная микроскопия, каемчатый энтероцит, кишечная ворсинка.
Актуальность. С развитием методов молекулярной и клеточной биологии наши представления как о строении, так и о механизмах всасывания липидов в тонком кишечнике значительно расширились. При этом стало понятно, что детализация ультраструктуры энтеро-цита позволяет уточнить, а в ряде случаев по-новому посмотреть на механизмы транспорта липидов через эпителий кишечной ворсинки в лимфатический капилляр и возникновение ряда связанных с этим процессом патологических состояний [2].
Так, мы не встречали детального описания
комплекса структур, формирующих барьер между просветом кишечника и просветом лимфатического капилляра. Известно, что энтероци-ты соединены друг с другом с помощью плотных, промежуточных, щелевых соединений и десмосом [1,3], образуют замковые контакты. Однако закономерности расположения и их функциональная роль не изучались. Не ясно насколько активно и как участвует каемчатый энтероцит в секреции белков и транспорте ли-пидов. Нет морфологических обоснований механизмов транспорта липидов через гладкий эндоплазматический ретикулюм, комплекс
Гольджи (КГ) к плазматической мембране. Не ясен механизм выхода липидов в интерстиций и их прохождения через базальную мембрану и ряд других.
Цель исследования. Для последующей детализации механизмов транспорта липидов в кишечном эпителии мы поставили своей целью изучить ультраструктуру энтероцита кишечной ворсинки мыши в состоянии так называемого относительного функционального покоя.
Материалы и методы исследования. Ультраструктура каемчатого энтероцита кишечной ворсинки мыши линии С57ВL была изучена с соблюдением «Правил проведения работ с использованием экспериментальных животных», 1977 г., Хельсинской декларации 1975 г. и ее пересмотренным вариантом 2000 г. В эксперименте участвовало шесть интактных животных, у которых через 12 часов после кормления животного под наркозом (комбинация препаратов золетила и рометара в соотношении 3/1, в дозе 0,1 мл на 100 г массы тела животного) иссекался участок верхнего отдела тощей кишки. Материал фиксировался 2,5% раствором глутарового альдегида и готовился для просвечивающей электронной микроскопии. Для этого материал промывали фосфатным буфером (pH 7,2), затем дополнительно фиксировали 1% раствором четырех окиси осмия в течение 1 ч, вновь отмывали фосфатным буфером и обрабатывали 1% раствором таниновой кислоты 40 мин, дегидратировали в этаноле восходящей концентрации, ацетоне и заливали в эпон-812. Полутонкие и ультратонкие срезы готовили на ультрамикротоме «Leica ultracut R» (Austria). Ультратонкие срезы контрастировали 0,4% раствором уранила ацетата и цитратом свинца, изучали под электронным микроскопом Теcnai 20 («Philips», Netherlands).
Морфометрический анализ проводился с помощью программы Statistica 6.0. До получения каждой расчетной величины анализировались как минимум 30 клеток. Критический уровень значимости при проверке статистических гипотез в данном исследовании принимали равным 0,05.
Результаты и их обсуждение. Энтероцит ворсинки тонкой кишки мыши представлен поляризованной клеткой призматической формы. Апикальная часть плазмалеммы образует микроворсинки, которые формируют щеточную каемку с хорошо развитым гликокалик-
сом, электронная плотность которого повышается у основания ворсинок.
Анализ ультраструктуры энтероцита кишечной ворсинки подтвердил, что у половозрелых животных клетка больше приспособлена для транспорта компонентов липидов, чем трансцитоза белков. Апикальная плазмалемма не участвует в эндоцитозе.
В состоянии, функционального покоя (через 12 часов после кормления) на апикальной части плазмалеммы в основании крипт «щеточной каемки» инвагинации с электронно-плотной каймой, характерной для клатриново-го покрытия, не встречаются. Непосредственно под микроворсинками в цитоплазме формируется зона, где отсутствуют эндоцитозные везикулы. Профили шероховатой эндоплазматиче-ской сети (ШЭС) немногочисленны. Мы не обнаружили на мембранах ШЭС электронно-плотных участков, так называемое СОРИ покрытие (типичные для культивируемых клеток специализированные области выхода молекул из эндоплазматической сети), а также мембранных почек, покрытых СОРИ и локализованных с цистернами ШЭС. Это структуры транспорта белков к комплексу Гольджи [5,6].
Профили гладкой эндоплазматической сети (ГЭС) в энтероците многочисленны. Они локализуются в апикальной части клетки, часть из них в непосредственной близости от базолате-ральной части плазматической мембраны около пояса адгезивных соединений. Между канальцами ГЭС лежат многочисленные митохондрии. Через 12 часов после кормления животных липидные включения в просвете канальцев ГЭС не обнаруживаются.
В центральной области энтероцита, ближе к апикальной поверхности расположено относительно крупное, овальной или округлой формы ядро, ориентированное вдоль длинной оси клетки с хорошо выраженными зонами эу-хроматина. Гетерохроматин сконцентрирован по периферии ядра, под нуклеолеммой.
Над ядром локализуются структуры КГ. Ор-ганелла представлена стопкой цистерн, состоящих из 5-6 уплощенных мешочков. Перфорированная цис-цистерна не выражена. Медиальные цистерны латерально имеют расширения с электронно-светлыми зонами. В непосредственной близости от цистерны КГ локализуются единичные округлые мембранные профили 50-100 нм в диаметре.
Энтероциты кишечной ворсинки образуют плотно расположенный слой клеток с хорошо развитыми межклеточными соединениями. Межклеточные контакты сложно организованы и представлены комплексом соединений трех типов, расположение которых имеет определенную закономерность. Сразу ниже основания микроворсинки межклеточная щель замкнута плотным контактом (zonula occludens). Контакт представляет собой участок базолатеральных частей плазмалемм соседних клеток шириной 0,2 мкм, на протяжении которого наблюдаются участки слияния наружных слоев плазмалем-мы, в области которых выявляются тонкие фи-ламенты. Плотный контакт между энтероцита-ми в апикальной части клеток, представляющий собой сплошной пояс, не только отделяет межклеточное пространство органа от его полости, но и регулирует латеральную диффузию липидов между апикальным и базолатераль-ным доменом плазмалеммы и ограничивают движение липидов в ее наружном монослое.
Под плотным соединением расположено промежуточное соединение - zonula adherens. Он также имеет вид сплошной полосы. На срезе межконтактная щель шириной 15-20 нм заполнена материалом средней электронной плотности. Зона, прилежащая к контакту со стороны цитоплазмы, имеет повышенную электронную плотность. К ней примыкает сеть тонких филаментов, которая вплетается в апикальное сплетение. Организация промежуточного контакта между энтероцитами кишечной ворсинки не только сохраняет целостность эпителиального слоя, но и обеспечивает морфологическую основу сокращения микроворсинок.
Ниже промежуточного контакта между соседними энтероцитами регистрируется щелевой контакт (gap junction), обеспечивающий межклеточную коммуникацию. На электроно-граммах он имеет вид специализированной области параллельных мембран, лежащих на расстоянии 2-3 нм. Далее располагается одна или несколько десмосом (macula adherens), разделенные обычно некоторым расширением межклеточной щели.
Ближе к базальной части плазмалемма соседних энтероцитов формирует зону сложных интердигитирующих контактов, разделенных между собой десмосомой. Длина и количество пальцевидных выростов энтероцитов в контакте выше в проксимальной и дистальной частях клетки. На уровне ядра интердигитации выра-
жены в меньшей степени. Средняя длина контактной щели - 7,15+0,3 мкм. Наконец, завершает комплекс контактов базолатеральной части плазмалеммы десмосома, расположенная в непосредственной близости от базальной поверхности энтероцита. Большое количество десмосом имеется между зонами сложных ин-тердигитирующих контактов. Они обеспечивает прочную клеточную адгезию. Внутри интер-дигитирующих контактов десмосом нет.
Рис. Межклеточные соединения энтероцитов. а -локализация соединений базолатеральной мембраны: п - плотный контакт; пр - промежуточный контакт; д - десмосома. Бар 100 нм. б - сложный интер-дигитирующий контакт (ид), разделенных между собой десмосомой (д). Бар 200 нм. ТЭМ
Базальная часть плазматической мембраны энтероцитов располагается на слое хорошо выраженной сплошной базальной мембраны, не имеющей пор, пригодных для проникновения хиломикронов из межклеточного пространства эпителиального пласта в интерсти-ций. Между тем, среди энтероцитов кишечной ворсинки обнаружены, кроме бокаловидных клеток и лимфоцитов, «светлые» клетки с относительно бедной органеллами цитоплазмой, морфологическая структура которых указывает на их принадлежность к дендритическим клеткам. Они не имеют интердигитирующих контактов с окружающими энтероцитами, но образуют с ними плотные соединения. Известно, что отростки дендритических клеток могут проникать через плотные соединения энтеро-цитов в просвет кишки и захватывать микроорганизмы [7,8]. Мы также предполагаем, что дендритические клетки участвуют и в транспорте хиломикронов через базальную мембра-
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2018 - V. 25, № 4 - P. 46-50
ну, формируя в последней поры. Дендритические клетки также образуют плотные соединения с энтероцитами, но не участвуют в образовании интердигитирующих контактов с энте-роцитами.
Между энтероцитами кишечной ворсинки были выявлены и морфологически дифференцированы дендритические клетки. Наличие плотных соединений между дендритическими клетками и энтероцитами позволяет предположить, что дендритические клетки, которые контролируют антигенный состав пищи, образуя отростки, проникающие в просвет, не нарушают барьерной функции пояса плотных соединений.
структурные характеристики клетки приспособлены для транспорта компонентов липидов, а не белков.
Выводы. Таким образом, между просветом кишечника и просветом лимфатического капилляра формируется сложно организованный барьер, состоящий из комплекса различных структур: сетевидного и электронно-плотного околомембранного гликокаликса и комплекса межклеточных контактов с определенной закономерностью расположения.
Ультраструктурный анализ энтероцита кишечной ворсинки доказал, что основные
ULTRASTRUCTURE OF THE LIMBIC ENTEROCYTE OF THE MOUSE INTESTINAL VILLUS IN A STATE
OF RELATIVE FUNCTIONAL REST
T.E. KAZAKOVA*, I.D. DIMOV**, N.R. KARELINA**, I.S. SESOROVA*, A.D. KASHIN*, A.A. MIRONOV***
*FSBEIHE «Ivanovo State Medical Academy» MOН Russia, Sheremetevsky Ave., 8, Ivanovo, 153012, Russia **FSBEI HE «St. Petersburg State Pediatric Medical University» MOН Russia, Litovskaya St., 8, St. Petersburg,
194100, Russia
***Institute of Molecular Oncology (IFOM), Via Adamello 16, Milano, 20139, Italia
Abstract. The article presents the results of studying the mouse limbic enterocyte ultrastructure of the intestinal villus in a state of relative functional rest. For examination by transmission electron microscopy in animals were taken an upper portion of the jejunum in 12 hours after feeding. A complex of structures, which form a complexly organized barrier between the lumen of the intestine and the lumen of the lymphatic capillary and consist of a reticular and electronically dense round robin glycocalyx and a complex of intercellular contacts with a certain regularity of location, has been detailed. Below the base of the microvil-lus, the intercellular gap is closed by a dense contact (zonula occludens), beneath which is the intermediate compound zonula adherens, below it is gap junction, followed by desmosomes (macula adherens). Near the basal part of the plasmolemma of neighboring enterocytes forms a zone of complex interdigitating contacts separated by a desmosome. Enterocyte intestinal villus is more adapted to transport components of lipids, rather than proteins. Thus, the apical plasmalemma does not participate in endocytosis. On the membranes of a rough endoplasmic reticulum, no СЮРЫ coating and СЮРП membrane membranes were found, which almost specialize in concentrating and transporting proteins from rough endoplasmic reticulum to the Golgi complex. Between the enterocytes of the intestinal villi, dendritic cells were identified, which, presumably, participate in the transport of chylomicrons through the basement membrane, forming pores in it.
Key words: electronic microscopy, limbic enterocyte, intestinal villus.
Литература
References
1. Карелина Н.Г. Морфогенез, микроскопическая анатомия и ультраструктура ворсинок тощей кишки (экспериментально-морфологическое исследование): автореферат дис. ... доктора медицинских наук. М.: РГМУ, 1994. 39 с.
1. Karelina NG. Morfogenez, mikroskopicheskaya anatomiya i ultrastruktura vorsinok toschej kishki (eksperimentalno-morfologicheskoe issledovanie) [Morphogenesis, microscopic anatomy and ultrastructure of jejunal villi (experimental morphological study)] [dissertation]. Moscow: RGMU; 1994. Russian.
2. Карелина Н.Р., Димов И.Д., Пелих К.И., Безну сенко Г.В., Сесорова И.С., Миронов А.А. Структур но-функциональные основы всасывания в кишеч
2. Karelina NG, Dimov ID, Pelikh KI, Sesorova IS, Mironov AA. Strukturno-funkcionalnie osnovi vsasi-vaniya v kishechnoj vorsinke [Structural and func-
JOURNAL OF NEW MEDICAL TECHNOLOGIES - 2018 - V. 25, № 4 - P. 46-50
ной ворсинке // Russian Biomedical Research. 2017. Т. 2, № 2. С. 34-43.
3. Миронов А.А., Комиссарчик Я.Ю., Миронов В.А. Методы электронной микроскопии в биологии и медицине. Л.: Наука, 1994. 400 с.
tional bases of absorption in the intestinal villi]. Russian Biomedical Research. 2017;2(2):34-43. Russian.
3. Mironov AA, Komissarchik YaYu, Mironov VA. Metodi elektronnoj mikroskopii v biologii i medicine [Methods of electron microscopy in biology and medicine]. L.: Nauka; 1994. Russian.
4. Bannykh S.I., Rowe T., Balch W.E. The organization of endoplasmic reticulum export complexes // J. Cell Biol. 1996. Vol. 135(1). P. 19-35.
5. Mironov A.A., Mironov A.A. Jr., Beznoussenko G.V., Trucco A., Lupetti P., Smith J.D., Geerts W.J., Koster A.J., Burger K.N., Martone M.E., Deerinck T.J., Ellisman M.H., Luini A. ER-to-Golgi carriers arise through direct en bloc protrusion and multistage maturation of specialized ER exit domains. // Dev. Cell. 2003. Vol. 5(4). Р. 583-594.
4. Bannykh SI, Rowe T, Balch WE. The organization of endoplasmic reticulum export complexes. J. Cell Biol. 1996;135(1):19-35.
5. Mironov AA, Mironov AA Jr, Beznoussenko GV, Trucco A, Lupetti P, Smith JD, Geerts WJ, Koster AJ, Burger KN, Martone ME, Deerinck TJ, Ellisman MH, Luini A. ER-to-Golgi carriers arise through direct en bloc protrusion and multistage maturation of specialized ER exit domains. Dev. Cell. 2003; 5(4): 583-94.
6. Polishchuk R.S., Polishchuk E.V., Mironov A.A. Coalescence of Golgi fragments in microtubule-deprived living cells. // Eur. J. Cell Biol. 1999. Vol. 78, № 3. Р. 170-185.
6. Polishchuk RS, Polishchuk EV, Mironov AA. Coalescence of Golgi fragments in microtubule-deprived living cells. Eur. J. Cell Biol. 1999;78(3):170-85.
7. Rescigno M., Di Sabatino A. Dendritic cells in intestinal homeostasis and disease // The Journal of Clinical Investigation. 2009. Vol. 119. Р. 2441-2450.
8. Rescigno M., Urbano M., Valzasina B., Francolini M., Rotta G., Bonasio R., Granucci F., Kraehenbuhl J.P., Ricciardi-Castagnoli P. Dendritic cells express tight junction proteins and penetrate gut epithelial monolayers to sample bacteria // Nat. Immunol. 2001. Vol. 2(4). Р. 361-367.
7. Rescigno M, Di Sabatino A. Dendritic cells in intestinal homeostasis and disease. The Journal of Clinical Investigation. 2009;119:2441-50.
8. Rescigno M, Urbano M, Valzasina B, Francoli-ni M, Rotta G, Bonasio R, Granucci F, Kraehenbuhl JP, Ricciardi-Castagnoli P. Dendritic cells express tight junction proteins and penetrate gut epithelial monolayers to sample bacteria. Nat. Immunol. 2001;2(4):361-7.
Библиографическая ссылка:
Казакова Т.Е., Димов И.Д., Карелина Н.Р., Сесорова И.С., Кашин А.Д., Миронов А.А. Ультраструктура энтероцита кишечной ворсинки мыши в состоянии относительного функционального покоя // Вестник новых медицинских технологий. 2018. №4. С. 46-50.
