ОНТОГЕНЕЗ, 2011, том 42, № 1, с. 57-61
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ =
УДК 611.018.1+612.64
СИНЦИТИАЛЬНЫЕ ПЕРФОРАЦИИ НЕЙРОНАЛЬНЫХ МЕМБРАН
ЭМБРИОНА ЧЕЛОВЕКА1
© 2011 г. О. С. Сотников, С. А. Новаковская*, И. А. Соловьева
Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН, 199034 Санкт-Петербург, наб. Макарова, д. 6
e-mail: Sotnikov@kolt.infran.ru *Институт физиологии НАН Беларуси, 220072 Минск, ул. Академическая, д. 28 e-mail: biblio@fizio.bas-net.by
Поступила в редакцию 02.02.10 г. Окончательный вариант получен 30.04.10 г.
Проведено электронно-микроскопическое исследование закладки коры большого мозга эмбриона человека, с целью выявления наличия синцитиальных межнейронных связей в эмбриогенезе. Обнаружено, что у части нейронов отсутствует глиальная оболочка, и их наружные клеточные мембраны прилегают непосредственно друг к другу, образуя продолговатые или точечные плотные контакты. Иногда эти контакты перфорированы и на их основе формируются истинные синцитиальные межнейронные связи. Закономерные структурные свойства этих связей следующие: формирование на базе плотных мембранных контактов, обязательное закругление краев перфорации и наличие остаточных телец в виде сферических везикул в просвете перфораций. Полученные результаты позволяют заключить, что в закладке коры большого мозга у зародышей, получаемых при операции прерывания беременности, помимо формирования синаптических контактов или до их образования возможно появление синцитиальных межнейронных связей. Это следует учитывать при трансплантации развивающегося мозга.
Ключевые слова: биологические мембраны, синцитиальные поры спаренных мембран.
В литературе имеются сведения о существенных изменениях нейрональных мембран при различных патологических процессах и в онтогенезе. Так обнаружены в постгипоксическом периоде синцитиальные связи между спаренными нейронами коры мозга (Боголепов и др., 1980 ). В 1994 г приведены данные о появлении синцитиальных связей между нейронами мозжечка под влиянием больших доз L-глутамата (Ларионова и др., 1994). Стали известны факты образования межнейронного синцития после механической травмы мозга (Сотников, Парамонова, 2010) и при валлеровской дегенерации (Сотников и др., 2009а). Описано появление многоядерных слившихся клеток мозга при многих видах патологии (Marotte et al., 2007; Mizuguchi, 2007). Открыта возможность синцитиального слияния нервных клеток с глиоцитами при вирусной патологии (Ack-man et al., 2006) и электростимуляции (Самосудова и др., 2007). Синцитиальные поры и мембранные перфорации описаны также у многих животных в
1 Работа выполнена при финансовой поддержке грантов
№ 09-01-00473 и № 10-04-90000-Бел_а.
норме (Santander et al., 1988; Сотников, 2008; Сотников и др., 20096; Арчакова и др., 2009). При анализе литературы создается впечатление, что синцитиальные перфорации чаще возникают между нейронами на ранних этапах онтогенеза, когда они еще не полностью покрыты глией и чаще контактируют друг с другом (Chen K. et al., 2006; Сотников, и др., 2007; Сотников, 2008). Учитывая изложенное, с целью выявления межнейронных связей нами исследовано состояние мембран у эмбрионов человека.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА
В исследовании использована корковая пластинка 8-недельных эмбрионов. Кусочки мозга 1—3 мм3 после операции прерывания беременности помещались в культуральную среду 199 на 3—4 часа. Далее для электронной микроскопии мозг фиксировали в течение 1 часа погружением в раствор, состоящем из 2.5%-ного глутаральдегида в 0.1 М фосфатном буфере (pH 7.2—7.4). После промывки в фосфатном буфере проводили дополнительную фиксацию в
Рис. 1. Плотное прилегание мембран смежных нейронов закладки коры большого мозга эмбриона человека 8 недель при отсутствии глии.
— тела нейронов, в рамке — синцитиальная межнейронная перфорация (при большем увеличении см. рис. 2, б); полоска — 0.1 мкм.
1%-ном 0804 в какодилатном буфере (рН 7.4; 1 час). Проводили через спирты возрастающей концентрации для обезвоживания объекта. Срезы докрашивали уранил-ацетатом и цитратом свинца. Ткань заключали в эпон. Ультратонкие срезы получали на ультратоме ЛКБ-3 (Швеция) и исследовали под микроскопом Хитачи (Япония).
РЕЗУЛЬТАТЫ
Нейроны на срезах имеют узкий слой цитоплазмы вокруг ядра, обедненный органеллами. Вокруг нейронов в ряде случаев имеются расширенные межклеточные промежутки, части тел нейронов и их отростков в отсутствии глиальной оболочки контактируют своими наружными клеточными мембранами непосредственно (рис. 1). Именно в этих участках удается обнаружить малозаметные своеобразные изменения, которые, однако, по нашему мнению, должны существенно влиять на электрические свойства нейронов. В некоторых местах спаренные мембраны двух смежных нейронов оказываются перфорированными. Это не случайные, бесформенные артефициальные дефекты мембран, которые нередко видны на электронных микрофотографиях, а морфологически четко организованные перфорации спаренных мембран. На одиночных мембранах они не встречаются. Прежде всего,
обнаруживаются довольно длинные участки смежных мембран, которые, контактируя, сливаются и образуют структуру, напоминающую плотный контакт (tight junction). Здесь же могут формироваться ожерельеподобные, варикозные структуры, стенки которых образованы слившимися смежными мембранами, а полость представляет собой остаток межклеточной щели. Фактически бусинки отделены очень короткими "точечными" плотными контактами (рис. 2, а). В области tight junctions возникают перфорации, которые как показано (Чизмаджев, Пастушенко, 1989), являются термодинамически крайне неустойчивыми образованиями. В том случае, когда перфорируется относительно длинный контакт, по краям перфораций остаются тонкие концы прерванных контактов (рис. 2, в). Одним из существенных признаков межмембранных (межклеточных) перфораций является отщепление одного или двух варикозных бусинок, которые становятся остаточными везикулярными тельцами внутри перфораций (рис. 2, в, г). Формирование таких остаточных телец представлено на рис. 2, б, д. В ряде случаев краевые остатки плотных контактов выявляются плохо. В этом случае морфологическим признаком естественно возникших перфораций служат четко закругленные края слившихся смежных мембран (рис. 3 а, б). Иногда остаточные тельца прослеживаются внутри перфорации между нейритами как лизирующиеся едва заметные овальные структуры (рис. 3, в). Варианты встречающихся изменений спаренных мембран обобщены схематически (рис. 4). Они могут быть представлены как стадии одного и того же процесса синцитиальных перфораций мембран эмбриона.
ОБСУЖДЕНИЕ
Причины возникновения перфораций спаренных мембран эмбрионов назвать невозможно. Это могут быть оперативные процедуры по прерыванию беременности. Однако известно, что такие же син-цитиальные перфорации отмечены и в нормальной нервной системе новорожденных котят и двухмесячных поросят (Сотников и др., 2007; Сотников, 2008). Синцитиальные межнейронные перфорации выявлены у 19-21-дневных эмбрионов нормальных крыс (Peters, Feldman, 1973). Естественный процесс образования синцитиальных пор на основе плотных контактов с последующим слиянием клеток хорошо описан при онтогенетическом формировании мышечных волокон из отдельных миогенных клеток. Большинство авторов, изучавших эмбриогенез скелетных мышц, рассматривает формирование плотных контактов, как начальную фазу их синцитиаль-ного слияния (Sheridan, 1966; Pash etal., 1974).
СИНЦИТИАЛЬНЫЕ ПЕРФОРАЦИИ НЕЙРОНАЛЬНЫХ МЕМБРАН
59
Рис. 2. Формирование бусинковидных структур и синцитиальных перфораций контактирующих мембран смежных нейронов.
а — протяженный плотный мембранный контакт и бусинковидные варикозные деформации межнейронной щели; б — формирование остаточных телец из "бусинок" межклеточной щели (фрагмент рис. 1 в рамке); в — смещенные остаточные тельца внутри перфорации, края которой образованы остатками плотных контактов; г — сферическое и овальное плотные тельца внутри синцитиальной перфорации; д — формирование "бусинки" у точечного плотного контакта и отщепление остаточного тельца на краю перфорации; 1 — межклеточная щель; 2 — остатки плотного контакта; 3 — точечный плотный контакт; 4 — бусинковидная деформация межклеточной щели; 5 — остаточные тельца; — тела смежных нейронов; Я — ядра нейронов; стрелки — синцитиальные межнейронные перфорации; стрелка — синцитиальная перфорация; полоска — 0.1 мкм.
Формирование сфероидных остаточных телец и закругление краев перфораций также следует представлять как термодинамически выгодное природное свойство липидных мембран (Козлов, Маркин, 1989; Молотковский, 2009).
Не исключено также, что сформировавшие синцитиальные перфорации клетки в дальнейшем могут вступать в апоптоз. Однако то, что синцитиальные связи встречаются и у взрослых нормальных животных свидетельствует целый ряд данных
Рис. 3. Закругление краев слившихся мембран смежных нейронов.
а — крупная перфорация между нейритами; б — крупная перфорация между телами прилежащих нейронов; в — следы овальных остаточных телец внутри синцитиальной перфорации; 1 — межклеточная щель; 2 — булавовидные закругленные края крупных перфораций; 3 — следы овальных остаточных телец; Щ_2 — два различных нейрита (а) или тела нейронов (б), полоска — 0.1 мкм.
H1
-73
(Santander et al., 1988; Сотников, 2008). Синцитиаль-ные связи у взрослых животных обладают такой же строгой структурной организацией. Перфорации всегда появляются на основе плотных контактов, края перфораций имеют овальную форму, а внутри перфораций присутствуют одно или несколько овальных везикулярных остаточных телец (Сотников, Парамонова, 2010). Во всяком случае, полученные данные могут свидетельствовать о том, что у эмбрионов in situ и при пересадке эмбриональных эксплантатов помимо химических синапсов и электрических мембранных контактов следует иметь в виду возможность и синцитиальных связей, что может существенно менять функцию формирующихся нервных сетей.
Рис. 4. Предполагаемый процесс формирования синци-тиальных межнейронных перфораций (схематическое изображение).
а — нормальная межклеточная щель; б — обра
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.