научная статья по теме ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКАЯ СИНЦИТИАЛЬНАЯ СВЯЗЬ -ОДНА ИЗ ТРЕХ ФОРМ МЕЖНЕЙРОННОЙ СВЯЗИ Биология

Текст научной статьи на тему «ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКАЯ СИНЦИТИАЛЬНАЯ СВЯЗЬ -ОДНА ИЗ ТРЕХ ФОРМ МЕЖНЕЙРОННОЙ СВЯЗИ»

УСПЕХИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК, 2010, том 41, № 1, с. 45-57

УДК 612.8.01

ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКАЯ СИНЦИТИАЛЬНАЯ СВЯЗЬ -ОДНА ИЗ ТРЕХ ФОРМ МЕЖНЕЙРОННОЙ СВЯЗИ

© 2010 г. О.С. Сотников, Н.М. Парамонова

Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН, Санкт-Петербург

В статье представлен обзор современного состояния важного теоретического вопроса нейрофизиологии о принципиальной возможности наличия в нервной системе помимо основной синап-тической и контактной электрической еще и цитоплазматической синцитиальной межнейронной связи. Проанализированы также электронно-микроскопические данные и результаты наблюдений за поведением живых нейронов в культуре ткани, позволяющие предполагать наличие в некоторых локусах нервной системы и в определенных условиях третьей формы синцитиальных межнейронных взаимодействий.

Закономерными признаками синцитиальных перфораций являются их формирование на основе мембранных контактов, наличие закругленных краев слившихся мембран в зоне дефекта и остаточных мембранных структур в просвете перфораций. Синцитиальные связи образуются только в тех местах, где отсутствует глия. В других участках тел или отростков нейронов такие перфорации никогда не встречаются. Появление цитоплазматических связей в некоторых отделах нервной системы и в определенные периоды ее развития несомненно оказывает существенное влияние на функциональные свойства этих отделов.

ПРОБЛЕМА СИНЦИТИУМА И СЛИЯНИЯ КЛЕТОК В НЕРВНОЙ СИСТЕМЕ

В настоящее время нет сомнений в том, что основными формами межнейрональной связи являются синаптическая связь и электрический контакт с помощью щелевых и плотных мембранных контактов. Антинейронистов, сторонников ретикулярной теории среди современных нейроморфологов и нейрофизиологов больше нет. Некоторые электрофизиологи воскресили устаревший, казалось бы, термин "синцитиум" для обозначения электрической связи между нейронами через щелевой контакт [35, 56]. При этом нередко даже не упоминается, что речь идет об электрическом синцитии [43, 50, 51], как будто бы другого, цитоплазматического синцития вообще не существует. Тем не менее хорошо известно, что цитоплазматическая связь и слияние клеток на базе синцития возможны у клеток всех тканевых типов [33, 37, 52, 53]. В экспериментах путем образования синцития с последующим слиянием клеток формируются различные гомо-и гетерогенные гибридные клетки [8, 31, 34]. Возникает вопрос, почему же бытует убеждение, что только нейроны не способны создавать синцитий и сливаться. По нашему мнению, в этом заключена важная, фундаментальная проблема,

которая является принципиальной не только для биологии нейрона, но и для функционирования всей нервной системы. Анализу и разработке этой проблемы и будет посвящена настоящая статья.

На самом деле в литературе существует много экспериментальных фактов, свидетельствующих о возможности слияния нервных отростков и тел нейронов. Так, исследовался механизм слияния плазматических мембран нейрона с искусственными фосфатидил-холиновыми мембранами [54], а также их слияние с модельными мембранами плазмолеммы внешних сегментов палочек сетчатки [26]. Путем слияния синаптосом, содержащих митохондрии (т.е. цитопластов), с обычными нейронами удалось в культуре ткани получить своеобразные жизнеспособные цибри-ды - гибриды цитопластов и нейронов [66]. На крысах-мутантах (platycephalus) было показано, что предшественники нейронов неокортекса в культуре ткани часто представлены в форме многоядерных клеток [44]. Эти клетки обнаружены автором в коре мозга in vivo на стадии эмбриогенеза крыс Е18. Такие структуры могут образовываться в мозгу путем слияния клеток, однако в данной конкретной работе автор предполагает, что многоядерность связана не с повышенной активностью синцитиального слияния,

а с дефектом цитокинеза. На статичных гистологических препаратах действительно трудно отдифференцировать незавершенный цитокинез от синцитиального цитоплазматического слияния, а слияние - от трансдифференцировки [3, 19, 41, 68]. Однако появление гигантских многоядерных "клеток мозга" при патологии мозга [42, 45, 71] свидетельствует скорее об усилении при этом синцитиального слияния [32].

Так как синцитиальные межнейронные перфорации часто сочетаются с плотными контактами [14], последние могут рассматриваться как стадии формирования синцитиальной перфорации (метастабильная структура по [18]), а значительная вариабельность полученных картин - как динамика этого процесса. Многие авторы считают, что мембранные авезикулярные контакты, в том числе и плотный контакт, широко распространены в эмбриогенезе нервной системы [36, 49]. Поэтому, видимо, в этот период онтогенеза могут чаще встречаться и синцитиальные перфорации. Так на препаратах Питерс и Фельдман [55] синцитиальные межнейронные перфорации можно видеть у 19-21-дневных эмбрионов нормальных крыс. Продемонстрирована также возможность слияния стволовых нейрональных клеток, которые способны развиваться в нейроны in vitro [28].

Важно также отметить, что межнейронные и глио-нейронные мембранные контакты, так же как и цитоплазматические синцитиальные связи между этими глиальными и нервными клетками, нередко встречаются при электростимуляции и различных видах патологии [1, 7, 11, 13, 23, 64]. Наиболее подробно такие синцитиальные связи описаны между нейронами-зернами мозжечка под влиянием больших доз Z-глутамата и электростимуляции [9, 10].

В конце 2003 г. в журнале Nature было опубликовано сенсационное сообщение о возможности слияния1 in vitro и in vivo клеток Пуркинье мозжечка и клеток костного мозга [22]. Эти результаты совпали с данными других авторов, получивших гетерокарионы путем слияния стволовых клеток с клетками Пуркинье [4, 23, 24, 69, 70]. Недавно продемонстрировано также слияние клеток, экспрессирующих проинсулин с нейронами спинальных ганглиев [64]. С помощью протеина Nanog удалось получить слияние нейрональных стволовых клеток с эмбриональными стволовыми клетками [61]. Убедительно показано слия-

1 Слияние клеток происходит после образования синцити-альных пор в зоне контактирующих мембран.

ние клеток микроглии с апикальными дендрита-ми дифференцированных пирамидных нейронов неокортекса под влиянием ретровирусов [20]. Отмечена важная роль слияния нейронов с ненервными клетками в развитии нейропатологии [30]. Данные последних лет, связанные с проблемой трансплантации стволовых клеток [28, 68], так же как и современные исследования СПИДа, обнаружившие гигантские слившиеся многоядерные "клетки мозга" при специфическом энцефалите [21, 29], демонстрируют такую же способность нейролеммы к слиянию и образованию синцития, какая существует и у других клеток. Однако сведения о возможности синцитиальной связи непосредственно между нейронами не получили широкой известности.

Первые ультраструктурные данные об образовании синцитиальной межнейрональной связи у нормальных животных были получены испанскими исследователями из Мадрида [60]. Наши данные о синцитиальных связях между нейритами в автономной нервной системе были доложены на III Всероссийском съезде анатомов, гистологов и эмбриологов в Тюмени [15] и более подробно опубликованы в Трудах Санкт-Петербургского общества естествоиспытателей [6]. При дальнейшей разработке этой проблемы синцитиальная связь между волокнами и телами нервных клеток была обнаружена и исследована нами в автономной нервной системе, в некоторых отделах центральной нервной системы: между нейронами в гиппокампе и в мозжечке. И, наконец, нам удалось смоделировать формирование синцитиальных связей между нервными отростками в культуре диссоциированных нейронов моллюска [14].

Еще ранее была доказана синцитиальная связь и слияние нервных отростков у гигантских аксонов головоногих моллюсков, ракообразных и по-лихет [38, 47, 48, 72-74], а также в других отделах мозга беспозвоночных. Еще в 1936 г. Янг [72] показал, что гигантский аксон нейронов головоногого моллюска Лолиго пиалии формируется путем слияния множества тонких аксонов мелких нервных клеток, т. е. путем создания своеобразного нервного синцития. Это тот самый гигантский аксон, в экспериментах на котором сделаны многочисленные открытия по электрофизиологии [2, 16, 39].

Таким образом, теоретические и экспериментальные предпосылки, позволяющие начать широкие исследования цитоплазматической синци-тиальной связи в нервной системе, существовали уже давно. Возможно, наряду с преобладающей

синаптической и контактной связью в нервной системе и в дополнение к ним, имеется в некоторых ее отделах и в определенные периоды развития также и синцитиальное межнейронное взаимодействие. Интересно отметить прозорливость и мудрость членов Нобелевского комитета, который в 1906 г. присудил одну премию по физиологии и медицине на двоих: создателю нейронной теории Сантьяго Рамону и Кахалю и стороннику синцитиального строения нервной системы Ка-мило Гольджи. Значение этого факта обсуждается и в наше время [65]. Возможно, нейронная теория не отрицает наличия синцитиума в некоторых локусах нервной системы и при определенных условиях.

Во времена Гольджи и Рамон и Кахаля дискуссии по вопросу о синцитиуме в нервной системе опирались на данные светового микроскопа с низкой разрешающей способностью, а синапсы и мембранные контакты впервые были описаны с помощью трансмиссионной электронной микроскопии. Поэтому поиск синцитиальных межнейронных связей необходимо было продолжить этой же методикой.

Здесь мы считаем необходимым привести результаты собственных электронно-микроскопических исследований интрамуральной нервной системы млекопитающих (поросята) на ранней стадии постнатального развития и гиппокампа взрослых кроликов (подробности методики см. [17]). Кроме того, исследование поведения живых изолированных нейронов в культуре ткани позволяет смоделировать формирование синцитиаль-ных связей между отростками нейронов, лишенных глии (методику см. [5]).

МЕЖНЕЙРОННЫЙ СИНЦИТИУМ В АВТОНОМНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЕ

Как известно, особенностью автономной нервной системы позвоночных является неполное покрытие многих вегетативных нервных волокон глиальной оболочкой и наличие

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