Email this article THE ORGANIZATION OF THE BASEMENT MEMBRANES IN THE CHOROID PLEXUS VILLI OF THE HUMAN BRAIN
- Authors: Kirik O.1, Alekseeva O.S.2, Grigorev I.P.2, Fedorova E.A.2, Beketova A.A.2, Korzhevskii D.E.2
-
Affiliations:
- Federal State Budgetary Scientific Institution ‘Institute of Experimental Medicine’
- FEDERAL STATE BUDGETARY SCIENTIFIC INSTITUTION ‘INSTITUTE OF EXPERIMENTAL MEDICINE’
- Section: Original Study Articles
- Submitted: 19.04.2024
- Accepted: 17.06.2024
- Published: 30.07.2024
- URL: https://j-morphology.com/1026-3543/article/view/630499
- DOI: https://doi.org/10.17816/morph.630499
- ID: 630499
Cite item
Open Access
Access granted
Subscription or Fee Access
Abstract
THE ORGANIZATION OF THE BASEMENT MEMBRANES IN THE Choroid PLEXUS VILLI OF THE HUMAN BRAIN
Authors
O.V. Kirik 1*, O.S. Alekseeva 1,2, I.P. Grigorev 1, E.A. Fedorova 1, A.A. Beketova 1, D.E. Korzhevsky 1
Affiliation
1 Institute of Experimental Medicine, Saint Petersburg, Russian Federation
2 Sechenov Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry of the Russian Academy of Sciences, Saint Petersburg, Russian Federation
Abstract
- BACKGROUND: The choroid plexus of the brain is the main component of the blood-cerebrospinal fluid barrier, separating these two biological fluids. Basement membranes of the choroid plexus have a special role in the implementation of barrier functions: they underlie the choroidal epithelium and capillary endothelium, and serve as an additional filter for substances penetrating from the blood into the cerebrospinal fluid.
- AIM: The purpose of this work was to study the organization of basement membranes in the villi of the human telencephalon choroid plexus using immunohistochemical detection of type IV collagen.
- METHODS: The study was performed on archival material from the choroid plexus of the human brain (age 29-50 years, n=10) using the immunohistochemical method for detecting type IV collagen.
- RESULTS: An immunohistochemical reaction using antibodies to type IV collagen showed the distribution of this protein in the subepithelial area and in the stroma of the choroid plexus villi. All immunopositive structures had clear contours; there was no reaction in the cell cytoplasm or a nonspecific background. Contacts of subepithelial and subcapillary basement membranes labeled with antibodies to type IV collagen were not detected.
- CONCLUSION: The study showed that the basement membranes of the villi of the choroid plexus of the human brain in the subepithelial and perivascular areas have a different organization. In this case, the union of the subepithelial and perivascular components containing type IV collagen, as a rule, does not occur.
Full Text
Сосудистое сплетение головного мозга является основным источником цереброспинальной жидкости (ликвора), обеспечивает активный транспорт веществ против градиента концентрации в ЦСЖ, препятствует проникновению веществ, включая провоспалительные молекулы, патогены и токсины, синтезирует ряд важных компонентов, выделяемых в полость желудочков [1]. Поэтому, повреждение сосудистого сплетения может приводить к нарушению ликвородинамики и негативному влиянию на головной мозг в целом с дальнейшим развитием стойких патологических изменений [2-6].
Сосудистое сплетение формирует ворсинки, покрытые однослойным кубическим эпителием. Стромальный компонент сплетения состоит из кровеносных сосудов и окружающей их соединительной ткани. Поскольку сосудистое сплетение – область гематоликворного барьера, особое значение в нем принадлежит базальным мембранам. Базальные мембраны располагаются в субэпителиальной и субэндотелиальных зонах, и служат дополнительным фильтром для веществ, проникающих из крови в ликвор [2]. Среди компонентов базальных мембран представлены различные гликопротеиды и сульфатированные протеогликаны, но их основным структурным белком является коллаген IV типа. Наличие коллагена IV необходимо для поддержания внутренней организации БМ при механических воздействиях и стабильного и функционирования [7]. Несмотря на то, что в последние годы выполнены отдельные исследования сосудистого сплетения с использованием антител к различным типам коллагена, детальный анализ организации базальных мембран в ворсинках этого органа не проводился.
Цель
Цель настоящей работы состояла в изучении организации базальных мембран в ворсинках сосудистого сплетения конечного мозга человека с использованием иммуногистохимического выявления коллагена IV типа.
Материалы и Методы
Дизайн исследования
В работе были использован архивный материал - блоки сосудистого сплетения головного мозга человека (возраст – 29-50 лет n=10) [8] из Архива Отдела общей и частной морфологии ФГБНУ «ИЭМ». Материал был фиксирован в спирт-формалине, обезвожен и залит в парафин по общепринятой методике. На ротационном микротоме Pfm Rotary 3003 (PFM, Германия) из парафиновых блоков были изготовлены срезы толщиной 7 мкм и монтированы на стеклах с адгезионным покрытием HistoBond (Marienfeld, Germany). Срезы были окрашены гематоксилином и эозином, базальные мембраны выявляли с помощью иммуногистохимической реакции на коллаген IV типа используя моноклональные мышиные антитела клона CIV 22 (Dako/Agilent, США). Перед проведением реакции осуществляли блокировку эндогенной пероксидазы с использованием 3% водного раствора перекиси водорода. В качестве вторичных антител использовали реагент Mach 2 Mouse MACH 2 Mouse HRP-Polymer (BioCare Medical, США). Визуализацию продукта реакции осуществляли с помощью хромогена DAB (Thermo Fisher, Германия). В качестве контроля использовали срезы сосудистого сплетения, обработанные аналогичным образом за исключением этапа нанесения первичных антител к коллагену IV типа. После проведения реакций ядра клеток докрашивали гематоксилином. Анализ препаратов и получение микрофотографий препаратов проводили с помощью светового микроскопа Leica DM750 и цифровой фотокамеры ICC50 (Leica, Германия).
Этическая экспертиза
Исследование одобрено Локальным этическим комитетом Института экспериментальной медицины (протокол № 58-9/1-684 от 11.12.2009).
Результаты
На срезах сосудистого сплетения головного мозга человека, окрашенного гематоксилином и эозином, оценивали качество фиксированного материала и отсутствие признаков аутолиза, которые могли бы препятствовать адекватной постановке иммуногистохимических реакций. Все отобранные для исследования случаи демонстрировали хорошую сохранность эпителия и сохранность тинкториальных особенностей клеточных элементов и волокнистого компонента соединительной ткани, что свидетельствовало об отсутствии аутолитических изменений тканей. Базальные мембраны при окраске гематоксилином и эозином были неразличимы.
Иммуногистохимическая реакция с использованием антител к коллагену IV типа демонстрировала распределение этого белка в субэпителиальной области и в строме ворсин сосудистого сплетения. Все иммунопозитивные структуры имели четкие контуры, реакция со стороны цитоплазмы клеточных элементов и неспецифический фон отсутствовали. Контрольные препараты демонстрировали отсутствие реакции.
При малом увеличении четко выделялось линейное окрашивание субэпителиального слоя стромы ворсинок, которое соответствовало локализации базальной мембраны эпителия. В отдельных участках наблюдались очаговые скопления коллагена IV типа в субэпителиальной области (рис. 1). Кровеносные сосуды ворсинок проявляли отчетливую реакцию на коллаген IV типа по периметру. Более крупные кровеносные сосуды располагались в центральной части ворсинок, а мелкие тонкостенные сосуды присутствовали в периферической части крупных ворсинок и в мелких ворсинках, располагаясь непосредственно под эпителием.
При большом увеличении можно наблюдать, что капилляры ворсинок, расположенные вблизи эпителиального покрова сплетения, образуют линейные зоны прилежания, в области которых базальные мембраны эпителия сплетения и эндотелия сосуда располагаются параллельно на достаточно протяженных участках (рис. 2), при этом слияния двух базальных мембран, как правило, не происходит. В части ворсинок удается наблюдать перициты, заключенные между слоями базальной мембраны капилляров сосудистого сплетения и редкие периваскулярные клетки, прилежащие к базальной мембране снаружи (рис. 3). В более крупных сосудах (артериях, по преимуществу) базальные мембраны окружают поперечно расположенные профили срезов гладкомышечных клеток.
В отдельных ворсинках базальная мембрана эпителия выглядит утолщенной (более 1 мкм) и, в некоторых участках, двухслойной. Строма ворсинок между эпителием и кровеносными сосудами состоит из волокон, структура которых слабо проявляется на препаратах, окрашенных иммуногистохимически. Среди неокрашенных волокон обнаруживаются редкие элементы, проявляющие положительную реакцию на коллаген IV типа, которые нельзя считать базальными мембранами в силу их локализации вне связи с эпителиальными пластами и иными клеточными элементами. В единичных ворсинках эти связанные лишь опосредованно с базальными мембранами волокна коллагена образовывали скопления, занимая часть стромы ворсинки.
Обсуждение
Представленные результаты дополнили свидетельства о том, что коллаген IV типа служит надежным маркером базальных мембран [9] и подтвердили исходное предположение о том, что этот маркер пригоден для выявления базальных мембран на парафиновых срезах сосудистого сплетения головного мозга человека. В противоречии с утвердившемся мнением о том, что для проведения иммуногистохимических реакций необходимо использовать приемы теплового и протеолитического демаскирования антигенов [10-11], можно заключить, что для антител клона CIV 22 подобная процедура не является необходимой.
Расположение базальных мембран в ворсинках сосудистого сплетения указывает на два независимых источника их формирования. Это – эпителий сосудистого сплетения и клеточные элементы сосудистой стенки (эндотелиоциты, перициты, гладкомышечные клетки). Малоклеточный характер стромы ворсинок сплетения и отсутствие развитого слоя субэпителиальных клеток соединительной ткани заставляет предполагать, что основным источником синтеза коллагена IV, составляющего основу базальной мембраны сосудистого сплетения служат сами эпителиоциты. Подобное мнение не вполне согласуется с отдельными данными о кооперативном формировании базальной мембраны эпителиальными и соединительнотканными клетками [12-13]. Интересным наблюдением является то, что в отличие от плаценты человека [14], ворсинки которой по своей организации подобны ворсинами сосудистого сплетения, в сосудистом сплетении головного мозга человека отсутствуют типичные хориокапиллярные (синцитио-капиллярные) мембраны (т.е. участки непосредственного контакта капиллярного эндотелия и хориона) [15-16].
При этом, даже в области прилежания капилляра к эпителию сосудистого сплетения, объединения базальных мембран не происходит. Вероятно, такая организация базальных мембран связана с особенностями организации и функционирования гематоликворного барьера, который препятствует проникновению в состав ликвора части компонентов плазмы крови, а не является зоной свободного транзита компонентов сыворотки крови.
Заключение
Таким образом, использованный подход позволил установить существование двух независимых систем организации базальных мембран в ворсинах сосудистого сплетения головного мозга человека – субэпителиальной и периваскулярной. Присутствие типичной субэпителиальной базальной мембраны отличает эпителий сосудистого сплетения от эпендимы желудочков, не имеющей подобного субэпендимного компартмента, что свидетельствует о тканевой неидентичности эпителия сосудистого сплетения и эпендимы, несмотря на общность их происхождения.
Рис. 1. Сосудистое сплетение головного мозга человека. Иммуногистохимическая реакция на коллаген IV типа. Докраска гематоксилином.
Fig. 1. Choroid plexus of the human brain. Immunohistochemical reaction to type IV collagen. Counter-staining with hematoxylin.
Рис. 2. Кровеносный сосуд в субэпителиальной область ворсинки сосудистого сплетения. Стрелками указаны субэпителиальная и субэндотелиальная базальные мембраны, отрезок показывает расстояние между БМ равное 1,78 мкм, звездочкой отмечен просвет кровеносного сосуда, э – эпителиоциты ворсинки. Иммуногистохимическая реакция на коллаген IV типа. Докраска гематоксилином.
Fig. 2. Blood vessel in the subepithelial area of the choroid plexus villi. Arrows indicate the subepithelial and subendothelial basement membranes, the segment shows the distance between the BMs equal to 1.78 µm, the asterisk indicates the lumen of the blood vessel, and e – villous epithelial cells. Immunohistochemical reaction to type IV collagen. Counter-staining with hematoxylin.
Рис. 3. Кровеносный сосуд (капилляр) в строме сосудистого сплетения, стрелкой указана периваскулярная клетка, двойной стрелкой – перицит, звездочкой отмечен просвет кровеносного сосуда, э – эпителиоциты ворсинки. Иммуногистохимическая реакция на коллаген IV типа. Докраска гематоксилином.
Fig. 3. A blood vessel (capillary) in the stroma of the choroid plexus, an arrow indicates a perivascular cell, a double arrow indicates a pericyte, an asterisk indicates the lumen of a blood vessel, e indicates villous epithelial cells. Immunohistochemical reaction to type IV collagen. Counter-staining with hematoxylin.
About the authors
Olga Kirik
Federal State Budgetary Scientific Institution ‘Institute of Experimental Medicine’
Author for correspondence.
Email: olga_kirik@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6113-3948
кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Отдела общей и частной морфологии лабораториии функциональной морфологии центральной и периферической нервной системы
Russian FederationOlga Sergeevna Alekseeva
FEDERAL STATE BUDGETARY SCIENTIFIC INSTITUTION ‘INSTITUTE OF EXPERIMENTAL MEDICINE’
Email: osa72@inbox.ru
кандидат биологических наук, научный сотрудник Отдела общей и частной морфологии лаборатории функциональной морфологии центральной и периферической нервной системы
str. Academika Pavlova, 12; 197022 Saint Petersburg, Russian FederationIgor P. Grigorev
FEDERAL STATE BUDGETARY SCIENTIFIC INSTITUTION ‘INSTITUTE OF EXPERIMENTAL MEDICINE’
Email: ipg-iem@yandex.ru
str. Academika Pavlova, 12; 197022 Saint Petersburg, Russian Federation
Elena Anatolievna Fedorova
FEDERAL STATE BUDGETARY SCIENTIFIC INSTITUTION ‘INSTITUTE OF EXPERIMENTAL MEDICINE’
Email: el-fedorova2014@ya.ru
str. Academika Pavlova, 12; 197022 Saint Petersburg, Russian Federation
Anastasiya A. Beketova
FEDERAL STATE BUDGETARY SCIENTIFIC INSTITUTION ‘INSTITUTE OF EXPERIMENTAL MEDICINE’
Email: beketova.anastasiya@yandex.ru
Russian Federation, str. Academika Pavlova, 12; 197022 Saint Petersburg, Russian Federation
Dmitriy E. Korzhevskii
FEDERAL STATE BUDGETARY SCIENTIFIC INSTITUTION ‘INSTITUTE OF EXPERIMENTAL MEDICINE’
Email: DEK2@yandex.ru
str. Academika Pavlova, 12; 197022 Saint Petersburg, Russian Federation
References
- Korzhevskii D.E. Choroid plexus and structural organization of bloodCSF barrier in human // Regional Blood Circulation and Microcircul. 2003. V. 2, № 1. P. 5–14. (In Russ).
- Kaur C., Rathnasamy G., Ling E.A. The Choroid Plexus in Healthy and Diseased Brain // J Neuropathol Exp Neurol. 2016. V. 75, № 3. P. 198-213. doi: 10.1093/jnen/nlv030.
- Serot J.M., Foliguet B., Béné M.C., Faure G.C. Choroid plexus and ageing in rats: a morphometric and ultrastructural study // Eur J Neurosci. 2001. V. 14, № 5. P. 794-798. doi: 10.1046/j.0953-816x.2001.01693.x.
- Chen C.P., Chen R.L., Preston J.E. The influence of ageing in the cerebrospinal fluid concentrations of proteins that are derived from the choroid plexus, brain, and plasma // Exp Gerontol. 2012. V. 47. P. 323–328.
- Redzic Z.B., Preston J.E., Duncan J.A., Chodobski A., Szmydynger-Chodobska J. The choroid plexus-cerebrospinal fluid system: from development to aging // Curr Top Dev Biol. 2005. V. 71. P. 1-52. doi: 10.1016/S0070-2153(05)71001-2.
- Silverberg G.D., Heit G., Huhn S., Jaffe R.A., Chang S.D., Bronte-Stewart H., Rubenstein E., Possin K., Saul T.A. The cerebrospinal fluid production rate is reduced in dementia of the Alzheimer's type // Neurology. 2001. V. 57, № 10. P. 1763-1766. doi: 10.1212/wnl.57.10.1763.
- Pöschl E., Schlötzer-Schrehardt U., Brachvogel B., Saito K., Ninomiya Y., Mayer U. Collagen IV is essential for basement membrane stability but dispensable for initiation of its assembly during early development // Development. 2004. V. 131, № 7. P. 1619-1628. doi: 10.1242/dev.01037.
- Sufieva D.A., Fedorova E.A., Yakovlev V.S., Kirik O.V., Tsyba D.L., Grigorev I.P., Korzhevskii D.E. 25-Year Storage of Human Choroid Plexus in Methyl Salicylate Preserves Its Antigen Immunoreactivity // Turk Patoloji Derg. 2023. V. 39, № 2. P. 109-116. doi: 10.5146/tjpath.2022.01581.
- Randles M.J., Humphries M.J., Lennon R. Proteomic definitions of basement membrane composition in health and disease // Matrix Biol. 2017. V. 57-58. P. 12-28. doi: 10.1016/j.matbio.2016.08.006.
- Goodwin P.C., Johnson B., Frevert C.W. Microscopy, Immuno-Histochemistry, Digital Imaging, and Quantitative Microscopy. In: Treuting P.M., Dintzis S.M., Montine K.S. (Eds.) Comparative Anatomy and Histology, 53–66. London: Academic Press. 2017. doi: 10.1016/b978-0-12-802900-8.00004-x.
- Krenacs L., Krenacs T., Stelkovics E., Raffeld M. Heat-induced antigen retrieval for immunohistochemical reactions in routinely processed paraffin sections // Methods Mol Biol. 2010. V. 588. P. 103-119. doi: 10.1007/978-1-59745-324-0_14.
- Thomsen M.S., Routhe L.J., Moos T. The vascular basement membrane in the healthy and pathological brain // J Cereb Blood Flow Metab. 2017. V. 37, № 10. P. 3300-3317. doi: 10.1177/0271678X17722436.
- Xu L., Nirwane A., Yao Y. Basement membrane and blood-brain barrier // Stroke Vasc Neurol. 2018. V. 4, № 2. P. 78-82. doi: 10.1136/svn-2018-000198.
- Voronova O.V., Milovanov A.P., Mikhaleva L.M. Integration approach to study placental vessels in preeclampsia // Clin exp morphology. 2022. V. 11, № 3. P. 30–44 (In Russ.). doi: 10.31088/CEM2022.11.3.30-44.
- Jarzembowski J.A. Normal Structure and Function of the Placenta. In: McManus L.M. Mitchell R.N. (Eds.) Pathobiology of Human Disease. A Dynamic Encyclopedia of Disease Mechanisms. London: Academic Press. 2014. P. 2308-2321.
- Korzhevskiy D.E., Otellin V.A., Neokessariyskiy A.A., Starorusskaya A.N., Pavlova N.G. Organization and cytochemical features of barrier structures in human placenta // Morfologiia. 2006. V. 129, № 3. P. 63-64. (In Russ).
Supplementary files
СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).