научная статья по теме ГЕТЕРОГЕННОСТЬ ГРАВИРЕЦЕПТОРНОЙ СИСТЕМЫ ВИНОГРАДНОЙ УЛИТКИ КАК ОСНОВА ДЛЯ ДОЛГОВРЕМЕННЫХ ПОВЕДЕНЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ Биология

Текст научной статьи на тему «ГЕТЕРОГЕННОСТЬ ГРАВИРЕЦЕПТОРНОЙ СИСТЕМЫ ВИНОГРАДНОЙ УЛИТКИ КАК ОСНОВА ДЛЯ ДОЛГОВРЕМЕННЫХ ПОВЕДЕНЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ»

СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ, 2013, том 27, № 2, с. 153-159

_ СЛУХОВАЯ И ВЕСТИБУЛЯРНАЯ _

СИСТЕМЫ

УДК 576.32.36

ГЕТЕРОГЕННОСТЬ ГРАВИРЕЦЕПТОРНОЙ СИСТЕМЫ ВИНОГРАДНОЙ УЛИТКИ КАК ОСНОВА ДЛЯ ДОЛГОВРЕМЕННЫХ ПОВЕДЕНЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ

© 2013 г. В. Н. Иерусалимский, П. М. Балабан

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН 117485 Москва, ул. Бутлерова, 5а E-mail ierusalimsky@yahoo.com

Поступила в редакцию 15.11.2012 г.

В работе исследована морфологическая гетерогенность первичных сенсорных нейронов органа равновесия (статоциста) виноградной улитки. Показано, что ипсилатеральный церебральный ганглий иннервирован всеми нейронами статоциста, тогда как в парный ганглий посылают свои отростки только три из них. Исследованы условия экспрессии педального пептида в нейронах статоциста. Три индивидуально идентифицируемые нейрона статоциста, содержащие педальный пептид, выявляются иммуноцитохимически в самых разных условиях, тогда как мРНК, кодирующая педальный пептид, детектируется в них преимущественно в условиях длительного воздействия микрогравитации (полет на орбитальной космической станции "Фотон-М3"). Предполагается, что мозаичное строение статоциста может являться основой для избирательных реакций животного на изменения положения его тела в пространстве.

Ключевые слова: статоцист, улитка, нейроны, иммуноцитохимия, педальный пептид.

ВВЕДЕНИЕ

Моллюски обладают зрением, тактильным восприятием, хеморецептивным чувством (вкус и обоняние), гравирецепцией. Большую часть информации о внешнем мире они получают через хеморецептивное чувство, тактильное восприятие и через гравирецепцию. В работе R. Chase (Chase, 2002) суммированы данные многолетних работ на наземных моллюсках, в том числе об участии сенсорных систем в их поведении. Система гра-вирецепции состоит из двух парных статоцистов, расположенных в оболочках педальных ганглиев, и каждый из них соединен с ипсилатеральным церебральным ганглием нервом статоциста. Внутри каждого статоциста расположено от 10 до 13 нейронов (Ковалев и др., 1981; Зайцева, 1992), каждый из которых посылает один отросток в нерв статоциста. Нейроны плоские, а соединяясь по периметру, покрывают всю поверхность ста-тоциста - это напоминает строение футбольного мяча. Своими рецепторными выростами нейроны

статоциста контактируют с известковыми камешками, заполняющими полость статоциста - стато-кониями (Ковалев и др., 1981; Зайцева, 1992). То, что нейроны покрывают всю поверхность статоциста, дает животному возможность реагировать на изменения в положении тела относительно поверхности земли.

Морфологически система ветвления волокон нейронов статоциста была описана на виноградной улитке ранее (Овчинников, 1986). Оказалось, что волокна нейронов статоциста, входя в церебральный ганглий в его метацеребральной части, ветвятся, образуя густое и плотное скопление волокон. От этой области ветвления отходит нервный тракт в церебропедальную коннективу и пучок волокон, идущий в парный (контрлатеральный) церебральный ганглий. Там эти волокна формируют область ветвления в метацеребраль-ной части ганглия и посылают тракт к началу церебропедальной коннективы. Несмотря на внешнюю униформность строения нейронов ста-тоциста, они сильно различаются между собой по

154

ИЕPУCАЛИMCKИЙ, БАЛАБАH

химической природе. В работе, выполненной на статоцистах морского моллюска Pleurobranchaea (Ohsuga et al., 2000), было показано, что стато-цист состоит из 13 нейронов разной химической природы. Две клетки содержали нейропептид SCPB, три - нейропептид FMRFamid, а восемь других клеток - гистамин. Расположение клеток, содержащих тот или иной медиатор, было повторяющимся от препарата к препарату. В статоци-сте улитки Helix были выявлены три нейрона, содержащих педальный пептид (Poteryaev et al., 1997), химическая природа остальных нейронов статоциста виноградной улитки неизвестна.

Группа нейропептидов - педальные пептиды -были идентифицированы у морских моллюсков Aplysia и Tritonia (Pearson, Lloyd, 1989; Lloyd, Connolly, 1989; Lloyd et al., 1996) и у виноградной улитки Helix (Poteryaev et al., 1997; Pavlova, Willows, 2005). Показано, что педальный пептид является нейромедиатором (Pearson, Lloyd, 1989). Педальный пептид найден во многих нейронах ЦНС виноградной улитки, а также в механосен-сорных нейронах кожи и в рецепторных клетках глазных щупалец улитки (Pavlova, Willows, 2005).

Задача настоящей работы - выяснить одинаковы ли все нейроны статоциста по типу своего ветвления и проекций, и могут ли нейроны ста-тоциста реагировать избирательно (в силу их гетерохимизма) на условия космического полета (включающие в себя микрогравитацию).

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА

В экспериментах с прокрасками нервной системы через нервы использовали интактных взрослых животных вида Helix aspersa. В иммуноци-тохимических опытах по выявлению нейронов, содержащих педальный пептид, и в опытах по выявлению нейронов, содержащих мРНК, кодирующую педальный пептид (in situ hybridization), использовали как интактных животных, так и животных, перенесших полет на орбитальной станции "Фотон-М3".

Космические станции серии "Фотон" поддерживают температуру внутри спутника, но не обладают приборами поддержания состава атмосферы. В силу этого возможно только 2-3-недельное пребывание на спутнике животных, требующих минимальных усилий по поддержанию условий жизни. Температуру на спутнике и в контейнере с улитками контролировали в течение полета (16-20 °C). Гравитация была минимальной

10-3—10-5 g. Продолжительность полета составляла 12 дней. Животные (20 молодых улиток вида Helix aspersa весом 1-2 гр) попали в лабораторию через 13 ч после приземления станции "Фотон-М3". Внешний контроль показал, что животные были в активном состоянии и получали необходимую пищу. Для условий космического полета были характерны различные воздействия на животных: не только микрогравитация во время полета, но и перегрузки, связанные со взлетом и посадкой спутника (порядка 5-6 g).

Прокраску нерва статоциста в ретроградном (к статоцисту) и в антероградном (к церебральному ганглию) направлениях, как и прокраску межцеребральной комиссуры, осуществляли путем всасывания кончика нерва в микропипетку, заполненную 4%-ным раствором нейробиотина (Vector Labs) в 0.1 M KCl. Через 2-3 сут (при 4 oC) препараты фиксировали в 4%-ном растворе пара-формальдегида в 0,1 M растворе фосфатного буфера, отмывали, снимали как грубые, так и тонкие оболочки и выявляли волокна и нейроны при помощи либо АВC метода, либо при помощи флюоресцентного маркера - стрептавидина, конъю-гированного с красителем Alexa 488 (Molecular Probes). Препараты заливали в Aqua Poly/Mount (Polysciences, Inc.) и фотографировали при помощи камеры AxioCam HRc (Zeiss, Germany), соединенной с микроскопом Axioskop-2 FS plus (Zeiss, Germany).

Для иммуноцитохимического исследования мы использовали как целые ЦHC животных, так и отдельно статоцисты. Препараты фиксировали в 4%-ном растворе параформальдегида в фосфатном буфере, отмывали, очищали от оболочек и инкубировали в растворе первичного, а затем вторичного антител, разведенных в блокирующем растворе. ^став блокирующего раствора: 0.5%-ный Triton X-100, 0.01%-ный азид натрия, 5%-ная нормальная козья сыворотка (Sigma), 1%-ный БCА (бычий сывороточный альбумин, Sigma) в 0.1 M растворе фосфатного буфера. Время инкубации в первичном антителе при разведении 1:100 (Willows et al., 1997) составляло 48-72 ч при 4 °C, во вторичном антителе (козье-антикроличье, конъюгированное с флюоресцентным красителем Alexa 488, 1:100, Molecular Probes, Caltag Laboratories) - 24 ч.

Метод in situ hybridization был использован для выявления мPHK, кодирующей педальный пептид (белок-предшественник помещен в базу данных -Accession Number: U62544). Зонд (антисенс), меченный дигоксигенином, был синтезирован сотрудником Института молекулярной биологии

им. Энгельгардта Д.А. Потеряевым (Poteryaev et al., 1997). мРНК выявляли у интактных животных (11 улиток) и у животных через 14 ч после приземления спутника (16 улиток). Животных анестезировали инъекцией изотонического раствора MgCl2 (15% от веса тела). После двухчасовой фиксации ЦНС в 4%-ном растворе ПФС при комнатной температуре препараты обрабатывали в соответствии с ранее описанной методикой для проведения гибридизации на препаратах целой ЦНС (Balaban et al., 2001)

РЕЗУЛЬТАТЫ

В первой части работы мы исследовали проекции нейронов статоциста. При антероградной прокраске нерва статоциста (в направлении церебрального ганглия) выявили тип ветвления, ранее описанный в работе Овчинникова (Овчинников, 1986): две области ветвления в метаце-ребральной части церебральных ганглиев и тракты, идущие от этих зон ветвления к основанию церебропедальной коннективы (рис. 1, а, б, в; рис. 2). Нам не удалось проследить дальнейший путь этого тракта, возможно, он заканчивается в основании коннективы. Область ветвления в средней части церебральных ганглиев (рис. 1, в) была исключительно плотной, с многочисленными варикозностями, что предполагает наличие в ней синаптических контактов. В наших опытах, при прокраске нерва статоциста, никогда не выявлялись тела нейронов в церебральных ганглиях, т.е. все волокна в этом нерве принадлежали нейронам статоциста. Таким образом, нейроны, которые могли бы давать проекции в орган равновесия, не были выявлены.

На срезе нерва статоциста можно видеть около 18-20 волокон (рис. 1, г), что превышает общее число нейронов в этом органе (13). Видимо, это объясняется ветвлением нейритов (Зайцева, 1992). При прокраске нерва в направлении стато-циста окрашивались все нейроны (рис. 1, д).

С целью выяснить, какие из нейронов посылают свои отростки в контрлатеральный церебральный ганглий, мы перерезали межцеребральную коннективу и ретроградно окрашивали стато-цист. При этом выявлялись только три нейрона (рис. 1, е): один у основания нерва статоциста и еще два, лежащие более глубоко. Таким образом, в ипсилатеральный церебральный ганглий посылают свои отростки все нейроны статоциста, а в контрлатеральный церебральн

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.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Биология»