ИЗВЕСТИЯ РАИ. СЕРИЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ, 2007, № 6, с. 661-668
БИОЛОГИЯ КЛЕТКИ
УДК 576.591
ИЗУЧЕНИЕ СПЕРМАТОГЕНЕЗА У МЫШЕЙ С УСКОРЕННЫМ СТАРЕНИЕМ
© 2007 г. С. Т. Захидов***, А. В. Гопко*, Т. Л. Маршак**, А. Ю. Кулибин**, И. А. Зеленина*
*Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, биологический факультет, кафедра эмбриологии, 119992 Москва, Ленинские горы **Институт биологии развития им. И.К. Кольцова РАИ, 117334 Москва, ул. Вавилова, 26
E-mail: 4361.idb@bk.ru Поступила в редакцию 08.02.2007 г.
В сравнительном плане изучена возрастная динамика сперматогенеза у мутантных линий мышей, склонных (SAMP1) и устойчивых (SAMR1) к ускоренному старению. Показано, что в онтогенезе мышей обеих линий количественные и морфогистологические закономерности развития мужских половых клеток и клеток Сертоли имеют близкий, родственный характер. Сопоставление полученных в настоящей работе результатов с данными предыдущих наших исследований (Захидов и др., 2001; Гордеева и др., 2001) говорит о том, что у ускоренно стареющих мышей новых генераций произошли резкие количественные и качественные изменения в структуре сперматогенной системы. Это подтверждает факт динамической неустойчивости зародышевого пути. Обсуждается роль стволовых сперматогониальных клеток в процессах восстановления сперматогенного процесса после достижения животными критического возраста.
Ценность модели ускоренно стареющих мышей SAM заключается в том, что она открывает большие возможности для раскрытия причин катастрофического сокращения продолжительности жизни и возникновения различных патологических состояний (Takeda et al, 1981, 1997a, b). С другой стороны, познание специфических закономерностей, действующих в системе ускоренно стареющих мышей, имеет значение не только для общей теории старения, но и для понимания природы сверхбыстрых процессов и их роли в развитии и эволюции.
Сперматогенез - сложная динамическая система развития мужских половых клеток, генетически строго детерминированная, упорядоченная, устойчивая, жестко подчиняющаяся пространственно-временным закономерностям. Сперматогенез включает в себя такие процессы, как самообновление и коммитация стволовых клеток, пролиферация и клеточная гибель, репарация и регенерация, мейоз и дифференцировка. В настоящее время детальное и глубокое изучение этих фундаментальных биологических явлений на экспериментальных моделях способно принести новые ключи к раскрытию регуляторных механизмов, лежащих в основе становления, размножения, роста и созревания сперматогенных клеток, а также к пониманию причин мужского бесплодия, генетических и репродуктивных рисков, возникающих под влиянием тех или иных воздействий, в том числе под влиянием времени. С теоретической точки зрения актуальность любых исследований проблем гаметогенеза как в норме,
так и в состояниях, не отвечающих оптимальным, совершенно очевидна. Ведь именно половые клетки связывают поколения, противостоят беспорядку и тем самым гарантируют непрерывность жизненного процесса и бессмертие генов. В этой связи систематические и системные исследования сперматогенеза у ускоренно стареющих мышей важны и необходимы.
Ранее было показано, что мыши линий SAM характеризуются высоким уровнем генетической нестабильности соматических и половых клеток (Захидов и др., 1999, 2002; Урываева и др., 1999). В настоящей работе сделаны новые шаги в направлении увеличения фактологического материала, сопоставление которого с уже имеющимися результатами позволит составить более полную и рациональную картину течения сперматогенного процесса в условиях ускоренного развития.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В работе использованы самцы мышей линии 8ЛМР1 в возрасте от 14 сут до 15 мес. и линии 8ЛМЯ1 в возрасте от 14 сут до 19 мес. В каждой изученной возрастной группе было от 3 до 10 мышей.
Фиксацию семенников с целью приготовления препаратов для количественного и гистологического анализа клеток сперматогенного эпителия и их окрашивание проводили по ранее описанным
Вес животных. 35
30
25
20
15
10
5
(а)
*
(б)
0
Масса гонад, мг 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
Относительная масса, мг/г веса животного 3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
14 1 2-3 6-7 9-10 14-16 19 сут мес. мес. мес. мес. мес. мес.
Возрастная группа
Рис. 1. Динамика возрастных изменений веса животных (а), абсолютной (б) и относительной (в) масс семенников у мышей линий SAMP1 (1) и SAMR1 (2). Вертикальные линии показывают стандартную ошибку среднего; * - различия с контролем статистически достоверны прир < 0.05 (для рис. 1, 2).
методам (Гордеева и др., 2001; Захидов и др., 2001а, б).
Полученные в ходе работы цифровые данные обрабатывали с помощью статистического пакета SPSS. Для определения достоверности различий средних использовали непараметрический критерий Вилкоксона для стандартного 5%-ного уровня значимости.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Скорость роста животных. Масса тела неполовозрелых самцов мышей линий SAMP1 и
SAMR1 (рис. 1а) в первые месяцы жизни изменяется одинаково. Разбегание траекторий их роста и развития происходит только после достижения ими половозрелого возраста - 2-3 мес. При этом вес мышей, склонных к ускоренному старению, на протяжении всего последующего онтогенетического развития всегда был достоверно ниже, чем у мышей, устойчивых к ускоренному старению. Эти результаты хорошо согласуются с имеющимися в литературе сведениями о темпах роста мышей SAM (Hosakawa et al., 1997; Гордеева, 2000), который отличен от свойственного большинству линий мышей с нормальным развитием и длительностью жизни. Например, изменение массы тела мышей SAM и Fx CBA х C57/Bl6 одинаково только в период до 2-3 мес. Далее ускоренно стареющие мыши растут медленнее. Так, масса тела мышей SAMR1 в возрасте 14-16 мес. и 19 мес. увеличивается в сравнении с 2-3-месячными животными в среднем в 1.3 раза, а у мышей-гибридов - в 2 раза (Урываева, Фактор, 1975).
Динамика возрастзависимых изменений массы семенников. Абсолютный вес семенника часто используется в качестве количественного показателя интенсивности сперматогенеза. Как видно из рис. 16, вес семенников мышей линий SAMP1 и SAMR1 практически не различается до 2-3-месячного возраста и в обоих случаях, как и вес тела, резко увеличивается в сравнении с предыдущими стадиями развития. У половозрелых мышей SAMP1 и SAMR1 динамика возрастзависимого изменения веса семенников различается: у вторых вес семенников начиная с 2-3-месячного возраста практически не изменяется, в то время как у первых вес семенников сильно возрастает к 9-10-месячному возрасту, после чего снижается к 1416 мес. до уровня 2-3 мес.
Тот факт, что у 9-10-месячных мышей SAMP1 масса семенников существенно больше, чем у мышей SAMR1 того же возраста, может быть связан с усилением андрогенной активности (Heywood, James, 1985), либо с утолщением белочной оболочки, как это было показано в опытах по локальному облучению мужских гонад у крыс Ви-стар (Курносова, Райцина, 1987). С другой стороны, хорошо известно, что относительный вес органов является более объективным показателем их роста, чем абсолютный вес при сравнении разных линий животных или при экспериментальных воздействиях (Schoeffner et al., 1999). Из рис. 1в видно, что относительный вес семенников у мышей SAMP1 и SAMR1 одинаково увеличивается только до 1 мес., не изменяется до 2-3-месячного возраста и резко различается в 6-7-месячном возрасте, после чего он заметно снижается, но у мышей, склонных к ускоренному старению, более резко.
Число клеток х 106
Пахитенные сперматоциты
Сперматогонии
6
5 4
3
2
1
16 14 12 10 8
6
4 2 0
14 1 сут мес.
9-10 14-16 19 мес. мес. мес. Возрастная группа
Рис. 2. Динамика возрастных изменений числа сперматогенных клеток различных типов и клеток Сертоли у мышей линий БАМР1 (1) и БАМШ (2).
Количественная характеристика спермато-генного эпителия у мышей SAM. Результаты подсчетов числа сперматогенных клеток различных типов, а также клеток Сертоли мышей SAMP1 и SAMR1 представлены на рис. 2.
Первое, что обращает на себя внимание при анализе временного развития сперматогониальной популяции в семенниках мышей SAMP1 и SAMR1, -это отчетливый, достоверно нарастающий волнообразный характер возрастзависимых изменений числа ранних половых клеток. Второе - более высокое общее число сперматогониев (в среднем на 20%) у мышей, склонных к ускоренному старению, по сравнению с таковым у мышей, устойчивых к ускоренному старению.
На ранних стадиях индивидуального развития в гонадах мышей обеих линий число пахитенных
сперматоцитов постепенно увеличивается, достигая к возрасту 2-3 мес. максимальных значений. Затем к 6-7 мес. у мышей обеих линий число этих клеток заметно снижается. Далее число пахитенных сперматоцитов у мышей линии БАМР1, достигших 14-15-месячного возраста, уменьшается еще на 30%, а у мышей БАМЯ1 практически не меняется в отрезке времени от 6 до 19 мес. включительно.
Динамика возрастзависимого изменения числа округлых сперматид в гонадах мышей линий БАМР1 и БАМЯ1 одинакова в течение всего исследованного периода развития. Максимальное количество таких клеток выявляется у 2-3-месячных животных, оно не изменяется до 9-10 мес. и затем снижается у мышей старше одного года.
У склонных к ускоренному старению мышей к возрасту 2-3 мес. число тестикулярных спермиев достигает максимального значения, сохраняется на этом уровне до 9-10 мес. и затем достоверно снижается. Иная динамика характерна для устойчивых к ускоренному старению мышей. Если в семенниках мышей линии SAMP1 в возрасте 1 мес. уже появляются спермии, то у мышей SAMR1 их еще нет. У 2-3-месячных мышей линии SAMR1 число тестикулярных спермиев достоверно ниже, чем у SAMP1; к 6-7 мес. оно достигает максимальных значений, равных таковым для мышей SAMP1, и затем постепенно снижается.
У мышей обеих линий абсолютное число вспомогательных соматических клеток Сертоли увеличивается в период от 14 сут до 2-3 мес., а затем практически не изменяется. Исключение составляет возрастная группа 14-15-месячных мышей, склонных к ускоренному старению. Но здесь нужно отметить, что среднее зна
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.