научная статья по теме РАЗВИТИЕ ТИМУСА В РАННЕМ ОНТОГЕНЕЗЕ: СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АСПЕКТ Биология

Текст научной статьи на тему «РАЗВИТИЕ ТИМУСА В РАННЕМ ОНТОГЕНЕЗЕ: СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АСПЕКТ»

ОНТОГЕНЕЗ, 2015, том 46, № 3, с. 143-154

= ОБЗОРЫ =

УДК 612.438:57.017.642:632.938

РАЗВИТИЕ ТИМУСА В РАННЕМ ОНТОГЕНЕЗЕ: СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АСПЕКТ © 2015 г. К. А. Васильев2, 3, А. В. Полевщиков1, 2, 3

Научно-исследовательский институт экспериментальной медицины Северо-Западного отделения РАМН 197376Санкт-Петербург, ул. академика Павлова, д. 12 2Санкт-Петербургский государственный университет 199034Санкт-Петербург, Университетская наб., д.7/9 3Дальневосточный федеральный университет 690950 Владивосток, ул. Суханова, д. 8 E-mail: ALEXPOL512@yandex.ru Поступила в редакцию 14.08.2014 г. Окончательный вариант получен 30.12.2014 г.

Обзорная статья посвящена сравнительному анализу ранних стадий онтогенеза тимуса у рыб, земноводных и млекопитающих. Рассматриваются морфологические и молекулярно-генетические аспекты формирования тимической стромы, заселения органа предшественниками Т-лимфоцитов, взаимодействия различных клеточных популяций в процессе органогенеза. Особое внимание уделено гемопоэтической роли тимуса на эмбриональной стадии и новым данным о происхождении клеток-предшественников Т-лимфоцитов. Обсуждается гипотеза о возможном наличии в органе самоподдерживающейся популяции стволовых клеток, формирующейся независимо от участков фетального гемопоэза.

Ключевые слова: эмбриогенез, тимус, гемопоэтические стволовые клетки, рыбы, амфибии, млекопитающие.

DOI: 10.7868/S0475145015030088

ВВЕДЕНИЕ

Эмбриональное развитие тимуса представляет собой многостадийный процесс, предполагающий взаимодействия между производными трех зародышевых листков. Большое количество публикаций, посвященных изучению данного процесса у позвоночных животных, указывает на необходимость систематизации накопленных сведений и целесообразность сравнительного анализа эмбриогенеза тимуса с целью выявления базовых механизмов, обеспечивающих его формирование и во многом определяющих план организации иммунной системы у всех позвоночных (Charlemagne, 1976; Boehm et al., 2003; Blackburn, Manley, 2004; Bowden et al., 2005; Buse et al., 2006). Особое значение подобным исследованиям придает наличие противоречивых данных о ключевых этапах процесса (Le Douarin N, 1977; Kendall, 1995; Allman et al., 2003). В частности, долгое время неразрешенными оставались вопросы о роли эктодермы в формировании кортикальной и медуллярной зоны, о функциональном значении клеток нервного гребня, локализующихся в области зачатка органа, а также о путях иммиграции пред-

шественников Т-лимфоцитов (Т-лф). Современные методические возможности во многом прояснили механизмы тимического органогенеза, однако некоторые аспекты данного процесса до сих пор остаются дискуссионными.

Сравнительный подход к исследованию органогенеза позволяет сделать важные выводы о функциональном значении и эволюционной роли многих элементов этого процесса, поэтому целью настоящей работы стало сопоставление данных о ранних этапах онтогенеза тимуса у позвоночных животных различных классов, выявление его ключевых этапов и анализ ряда вопросов, касающихся участия тимуса в эмбриональном гемо-поэзе и происхождения клеток-предшественников лимфоидного ряда.

РЫБЫ

В пределах надкласса рыб особенности строения и эмбриогенеза тимуса могут существенно варьировать, что объясняется как большим разнообразием видов, составляющих данную таксономическую группу, так и разным уровнем их эволюционного развития. Результаты сравнительно-

Сравнительный анализ ранних стадий развития тимуса костных рыб

Вид и ссылки Морфологические особенности

закладка появление Т-лф завершение

D. rerio (Chen, Zon, 2009; Boehm, 2012) Имеет мешочкообразную форму, выпуклую дорзомедиально и постепенно сужающуюся к краям. В ходе развития значительно увеличивается и приобретает коническую форму. Кортекс и медулла разделены только на ранних стадиях

54 ЧПО 65 ЧПО 42 ДПО

D. puntazzo (Romano, Fanelli, 1999) Исходно состоит из клеток, ассоциированных с глоточным эпителием, отделяющим зачаток от жаберной камеры. Кортекс и медулла разделяются с 66 ДПВ. В кортексе локализованы мелкие, а в медул-ле — крупные Т-лф. Тимические дольки формируются к 91 ДПО. У молоди и взрослых рыб тимус имеет 1 см в длину

20 ДПО 51 ДПО 91 ДПО

S. chuatsi (Xie et al., 2006) Имеет мешочкообразную форму, подразделяется на кортекс и ме-дуллу. Отграничивается от жаберной камеры посредством одиночного слоя клеток

? 7 ДПВ 35 ДПВ

P. olivaceus (Chantanachookhin et al., 1991; Liu et al., 2004) Развивается в ассоциации с глоточным эпителием, на поздних стадиях инкапсулируется. На 21 ДПВ на срезах виден клеточный тяж между тимусом и пронефросом (органом гемопоэза). Разделение на медуллу и кортекс происходит на поздних стадиях. Отмечается быстрая возрастная инволюция (к 7 мес. после вылупления)

10 ДПВ 21 ДПВ 90 ДПВ

C. carpio (Botham, Manning, 1981) На ранних стадиях клетки упакованы рыхло и активно пролифери-руют. Инкапсуляция завершается к 6-му, а трабекулы формируются к 30 ДПВ. Медулла и кортекс разделяются только у взрослых организмов

2 ДПВ 4 ДПВ 30 ДПВ

S. gairdneri (Grace, Manning, 1980) Развивается из фарингального эпителия в области 1-ой и 2-ой жаберной дуги. Наиболее ранние этапы протекают еще до вылупления. К моменту вылупления малька начинается увеличение размера органа, формирование капсулы и пролиферация Т-лф. Отмечен клеточный тяж между тимусом и пронефросом

5 дней до вылупления 3 ДПВ 6 ДПВ

S. aurata (Jósefsson, Tatner, 1993) Отделен от жаберной полости тонким однослойным эпителием. Разделение на кортекс и медуллу происходит на поздних этапах развития. После 54 ДПВ выявляются Т-лф и макрофаги, мигрирующие между тимусом и пронефросом

29 ДПВ 47 ДПВ 77 ДПВ

S. guinqueradiata, P. major (Chantanachookhin et al., 1991) Детали развития сходны с Р. olivaceus, но формирование трабекул происходит раньше. В тимусе 3-месячного малька обнаруживаются макрофаги и слизистые клетки

11 ДПВ 20 ДПВ 90 ДПВ

Примечание. ЧПО/ДПО — часов/дней после оплодотворения; ДПВ — дней после вылупления.

го анализа ранних стадий развития тимуса у таких видов костных рыб, как Danio rerio (Chen, Zon, 2009; Boehm, 2012), Diplodus puntazzo (Romano, Fanelli, 1999), Siniperca chuatsi (Xie et al., 2006), Pa-ralichthys olivaceus (Chantanachookhin et al., 1991; Liu et al., 2004), Cyprinus carpio (Botham, Manning, 1981), Salmo gairdneri (Grace, Manning, 1980), Sparus aurata (Jósefsson, Tatner, 1993), Seriola guin-queradiata (Chantanachookhin et al., 1991), Pagrus major (Chantanachookhin et al., 1991) представлены в табл. 1.

На основании данных таблицы можно составить единый план развития тимуса у всех костных рыб. У большинства видов оно начинается после вылупления и на ранних этапах включает в себя образование скопления недифференцированных

клеток в области 2—4-ого глоточных карманов. Второй глоточный карман всегда вовлечен в процесс формирования тимуса, связанного с взаимодействием всех трех зародышевых листков. У рыб тимус в течение жизни локализован в области глотки и покрыт снаружи однослойным глоточным эпителием, отделяющим орган от внешней среды. Инкапсуляция органа идет на ранних этапах с участием клеток нервного гребня (КНГ), для которых также показана роль в формировании соединительно-тканных трабекул, которые появляются на более поздних этапах развития и с которыми в дальнейшем связана тимическая иннервация (Bowden й а1., 2005). Васкуляризация тимуса развивается на поздних этапах развития, уже после формирования трабекул. Разделение на

медуллярную и кортикальную зоны происходит не у всех видов и обычно имеет место на поздних личиночных стадиях.

Особого внимания заслуживает вопрос о проникновении в тимус предшественников лимфоцитов. В наиболее ранних работах, посвященных проблеме развития тимуса рыб, активно обсуждалась гипотеза, согласно которой лимфоциты имеют энтодермальное происхождение и возникают в результате трансформации клеток глоточного эпителия (Maurer, 1886; Beard, 1894; Nusbaum 1901; Deanesly, 1927; Von Hagen, 1936; Grace, Manning, 1980). Однако эта гипотеза не нашла в дальнейшем экспериментального подтверждения, а более широкое распространение получило предположение о пронефросе как источнике ГСК, дающих начало лимфоцитам. Пронефрос играет ключевую роль в гемопоэзе рыб, у которых отсутствует красный костный мозг (ККМ). Впервые предположение о роли пронефроса в формировании предшественников Т-лф высказал Эллис в 1977 году (Ellis, 1977), однако подтверждающих экспериментальных данных также не было получено. Тем не менее, известно, что между тимусом и пронефросом происходят определенные взаимодействия, выражающиеся в образовании "клеточного моста", сформированного мигрирующими клетками, обнаруженного у многих видов рыб (таблица). Предположение Эллиса базировалось на данных, по которым пронефрос является первой структурой, где появляются ГСК (Ellis, 1977). На основании этого был сделан вывод о том, что предшественники всех клеток крови формируются в данной области, а затем мигрируют в в тимус и селезенку. Однако недавние детальные исследования ГСК D. rerio, проведенные in vivo с использованием рыб, экспрессирующих зеленый флуоресцирующий белок GFP в составе наиболее раннего маркера ГСК у рыб и млекопитающих CD41, показали, что именно зачаток тимуса, а не область пронефроса, является первой областью, куда мигрируют данные клетки. ГСК обнаруживаются в тимусе D. rerio уже через 56 ч после оплодотворения, сразу после формирования зачатка органа (Kissa et al., 2008). Более того, если возникновение В-лимфоцитов у D. rerio связано с ГСК, локализованными в эмбриональной или дефинитивной почке, то возникновение предшественников Т-лф, заполняющих тимус, оказывается напрямую никак не связанным с участками эмбрионального или дефинитивного гемопоэза и по сути дела остается неизученным (Chen, Zon, 2009).

АМФИБИИ

Данные об эмбриональном развитии тимуса амфибий, как и о его структурных особенностях, были получены преимущественно в результате электронно-микроскопических исследований,

проведенных на таких видах как Xenopus laevis, Pleurodeles waltlii, Rana pipie, Rana tem

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»