INTRANUCLEAR IRON DISTRIBUTION IN THE PURKINJE CELLS OF HUMAN CEREBELLUM



Cite item

Full Text

Abstract

The distribution of iron ions in the cerebellum of 15 human subjects aged 20-89-years was studied using highly-sensitive variant of Perls’ histochemical technique. Increased iron content was found in the white matter and in Purkinje cells. In 10 out of 15 cases examined iron was detected in the nuclei of Purkinje cells, while in some cases iron was found in the nucleolus.

Full Text

Железо в головном мозгу является самым распространённым микроэлементом. Ионы железа участвуют в синтезе ряда нейромедиаторов, включая гамма-аминомасляную кислоту, катехоламины и серотонин, а также липиды, используемые для образования миелиновой оболочки нервных волокон. В то же время, несвязанное железо катализирует образование свободных радикалов, что может быть причиной патологических изменений, лежащих в основе нейродегенеративных заболеваний [8]. Вследствие этого выявление распределения железа в структурах мозга очень важно для понимания функций железа и механизмов поддержания его гомеостаза в нервной системе. Мозжечок хорошо известен как центр контроля регуляции движений, но установлено также участие этой структуры в когнитивных, аффективных и поведенческих функциях [2, 6, 7]. Поэтому целью настоящего исследования было изучение распределения железа именно в нейронах коры мозжечка человека. Материал и методы. Материалом для исследования служили фрагменты коры мозжечка (n=15) людей 20-89 лет из архива отдела общей и частной морфологии Научно-исследовательского института экспериментальной медицины (НИИЭМ). Программа исследований имеет положительное заключение локального этического комитета НИИЭМ. Материал был фиксирован в этаноле и цинкэтанол-формальдегиде, обезвожен и залит в парафин по общепринятой методике. Из архивных блоков готовили срезы толщиной 5 мкм. Выявление железа (Fe3+) осуществляли при помощи реакции Перлса. Для повышения чувствительности реакции применяли метод усиления диаминобензидином (DAB) [4]. Рабочий раствор DAB готовили, используя реагенты из наборов Reveal Polyvalent HPR DAB Detection System (SpringBioscience, США) и DAB+ (Dako, Дания). После проведения гистохимической реакции часть срезов докрашивали либо астровым синим (Merck, Германия), либо основным фуксином (BioOptica, Италия). Анализ полученных препаратов и фотосъемку выполняли, используя микроскоп Leica DM750 и цифровую фотокамеру ICC50 (Leica, Германия). Результаты исследования. Проведение гистохимической реакции на железо позволило выявить в мозжечке зону с повышенным содержанием этого микроэлемента. Она соответствует его белому веществу. В этой области наблюдается мелкогранулярное распределение продукта гистохимической реакции по ходу волокон. Цитоплазматическое окрашивание отмечается в отдельных олигодендроцитах. В слое грушевидных нейронов коры мозжечка в отдельных случаях наблюдается слабая положительная реакция в нейропиле вокруг клеток Пуркинье (КП). В двух случаях отмечена усиленная реакция корзинок нервных волокон, расположенных по периметру тел КП. В 10 из 15 исследованных случаев в ядрах КП был обнаружен крупногранулярный продукт гистохимической реакции (рисунок). В части исследованных нервных клеток реакцию на железо давало только ядрышко, однако таких нейронов было немного. В остальных КП не имелось никаких скоплений железа, выявляемых использованным методом. Анализ различных вариантов накопления железа в ядрах КП позволил выделить 5 вариантов клеток (см. рисунок): это - нейроны, не содержащие железа ни в ядре, ни в цитоплазме; нейроны с положительной мелкогранулярной реакцией в ядре, имеющие неокрашенное ядрышко; нейроны, в которых железо присутствует только в ядрышке; нейроны, в которых отмечается наличие железа как в ядрышке, так и в виде более мелких гранулах, расположенных в ядре клетки; сморщенные нейроны с многочисленными крупными внутриядерными гранулами. Обсуждение полученных данных. В ходе проведённой работы впервые изучен характер распределения железа в ядрах КП в мозжечке и установлено, что, как и в нейронах черного вещества [1], в этих клетках у человека присутствует нуклеолярное железо. Ранее железо было выявлено в ядрышках клеток растительных организмов [5]. В настоящем исследовании показано, что железо в случае его накопления в ядре нервной клетки не обязательно локализовано только в ядрышке. Внутриядерные гранулы, содержащие железо, которые ассоциированы с ядрышком, могут быть парануклеолярными тельцами. Белки, которые принимают участие в метаболизме железа в нейронах и способствуют накоплению негемовой формы этого микроэлемента в ядре клетки, в настоящее время неизвестны. Можно предполагать, что среди этих белков могут быть гемоксигеназа-1 [3] и специфические ядрышковые белки, для функционирования которых необходимо негемовое железо [9]. Накопление железа в ядрах погибающих нейронов указывает на вероятную взаимосвязь внутриядерной концентрации этого металла с нейродегенерацией. Таким образом, в ядрах КП коры мозжечка у человека обнаружено негемовое железо, которое может присутствовать как в ядрышке клетки (нуклеолярное железо), так и вне этой структуры. Скопление железа в ядрах сморщенных нейронов может быть косвенным свидетельством того, что избыточное накопление этого микроэлемента в ядре клетки может способствовать ее повреждению.
×

About the authors

D. E. Korzhevskiy

RAS Institute of Experimental Medicine

Email: dek2@yandex.ru
Laboratory of the Functional Morphology of the Central and Peripheral Nervous System, Department of General and Special Morphology

Ye. G. Sukhorukova

RAS Institute of Experimental Medicine

Email: len48@inbox.ru
Laboratory of the Functional Morphology of the Central and Peripheral Nervous System, Department of General and Special Morphology

V. V. Gusel’nikova

RAS Institute of Experimental Medicine

Email: guselnicova.valeriia@yandex.ru
Laboratory of the Functional Morphology of the Central and Peripheral Nervous System, Department of General and Special Morphology

O. V. Kirik

RAS Institute of Experimental Medicine

Laboratory of the Functional Morphology of the Central and Peripheral Nervous System, Department of General and Special Morphology

I. P. Grigoriyev

RAS Institute of Experimental Medicine

Laboratory of the Functional Morphology of the Central and Peripheral Nervous System, Department of General and Special Morphology

References

  1. Сухорукова Е. Г., Григорьев И. П., Колос Е. А., Коржевский Д. Э. Ядрышко клетки - место накопления железа в нейронах черного вещества головного мозга человека // Морфология. 2012. Т. 142, вып. 6. С. 61-62.
  2. Bower J. M., Parsons L. M. Rethinring the lesser brain // Sci. Amer. 2003. Vol. 289, № 2. P. 51-57.
  3. Li Volti G., Ientile R., Abraham N. G. et al. Immunocytochemical localization and expression of heme oxygenase-1 in primary astroglial Cell. cultures during differentiation: effect of glutamate // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2004. Vol. 315, № 2. P. 517- 524.
  4. Meguro R., Asano Y., Odagiri S. et al. Nonheme-iron histo chemistry for light and electron microscopy: a historical, theoretical and technical review // Arch. Histol. Cytol. 2007. Vol. 70, № 1. P. 1-19.
  5. Roschzttardtz H., Grillet L., Isaure M.-P. et al. Plant Cell nucleolus as a hot spot for iron // J. Biol. Chem. 2011. Vol. 286, № 32. P. 27863-27866.
  6. Schmahmann J. D. Cerebrocerebellar system: anatomic substrates of the cerebellar contribution to cognition and emotion // Int. Rev. Psychiatry. 2001. Vol. 13, № 2. P. 247-260.
  7. Schmahmann J. D., Caplan D. Cognition, emotion and cerebellum // Brain. 2006. Vol. 129, Pt. 2. P. 290-292.
  8. Youdim M. B., Stephenson G., Ben Shachar D. Ironing iron out in Parkinson’s disease and other neurodegenerative diseases with iron chelators: a lesson from 6-hydroxydopamine and iron chelators, desferal and VK-28 // Ann. N. Y. Acad. Sci. 2004. Vol. 1012. P. 306-325.
  9. Yung B. Y., Yang Y. H., Bor A. M. Nucleolar protein B23 translocation after deferoxamine treatment in a human leukemia Cell line // Int. J. Cancer. 1991. Vol. 48, № 5. P. 779-784.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2015 Eco-Vector


Периодический печатный журнал зарегистрирован как СМИ Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор): № 0110212 от 08.02.1993.
Сетевое издание зарегистрировано как СМИ Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор): ЭЛ № ФС 77 - 84733 от 10.02.2023.