INTERRELATION OF NUCLEAR ENVELOPE WITH CELL ORGANELLES IN PERITONEAL CELLS DURING ONTOGENESIST AND IN EXPERIMENTAL PATHOLOGY

全文:

Работ, посвященных дифференцировке клеток серозных оболочек в период внутриутробного развития и при патологии, выполненных с применением метода электронной микроскопии, опубликовано немного [3–5, 17]. В этих исследованиях вопрос о взаимоотношении ядерной оболочки и мембранных органелл мезотелиоцитов не рассматривался, однако, он представляет интерес в связи с решением проблемы об образовании этих органелл в онтогенезе. Связь эндоплазматической сети с наружной ядерной мембраной и идентичность их биохимического состава описаны во многих работах, и эти данные фигурируют в современной литературе [1, 2, 14, 18]. Во время митоза ядерная оболочка на поздней стадии профазы распадается на пузырьки, которые переходят в цитоплазму, и восстанавливается из эндоплазматической сети при формировании дочерних ядер [11–13]. Сложнее вопрос о взаимоотношении ядерной оболочки с митохондриями и элементами комплекса Гольджи [10]. Воспроизведение митохондрий осуществляется путем их деления или почкования. Комплекс Гольджи не имеет рибосом и, следовательно, не может синтезировать свои мембранные структуры, расходуемые при функционировании. Регенерация его цистерн напрямую зависит от отделения пузырьков от эндоплазматической сети и переноса их к наружным стопкам комплекса Гольджи [10, 19]. Цель настоящей работы — изучение взаимоотношения ядерной оболочки и мембранных органелл цитоплазмы мезотелиоцитов и фибробластов париетальной и висцеральной брюшины в процессе их дифференцировки на протяжении пре-и постнатального онтогенеза и при патологии. Материал и методы. Работа выполнена на белых беспородных мышах в соответствии с «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных (приложение к приказу № 755 от 02.08.1977 г. МЗ СССР). Исследованы париетальная и висцеральная (на поверхности тонкой кишки) брюшина 15 зародышей белых мышей на 11-, 12-, 13-, 15-, 18-е сутки развития и 6 мышей в возрасте 1 и 45 сут. У 30 самцов мышей повреждение брюшины вызывали введением в ее полость 0,6 см3 0,5% раствора новокаина. Животных умерщвляли через 20, 60 мин, 1, 2, 3, 5, 7, 10, 12 сут. Материал фиксировали в 2,5% растворе глутаральдегида и 1% растворе четырехокиси осмия, заливали в аралдит М. Ультратонкие срезы получали на ультратоме LKB-111 (Bromma, Швеция), контрастировали уранилацетатом и цитратом свинца и изучали в электронном микроскопе JEM-100S (Jeol, Япония). Для количественной характеристики процессов дифференцировки мезотелиоцитов на электронных микрофотографиях определяли число различных органелл. При этом использовали сетку, разделенную на квадраты (1,5×1,5 см 2), которую накладывали на электронные микрофотографии (ув. 15 000–20 000) мезотелиоцитов [16]. У каждого животного исследовали по 10–15 клеток. На каждой фотографии подсчет органелл проводили в 10–20 квадратах. Протяженность мембран гранулярной эндоплазматической сети определяли с помощью курвиметра КУ-А (Измерительные системы, Россия). Затем полученные результаты переводили в истинные величины, приходящиеся на 1 мкм2 площади цитоплазмы. Оценку статистической значимости результатов проводили с использованием t-критерия Стьюдента, различия считали значимыми при Р≤0,05. Результаты исследования. На 11–12-е сутки эмбрионального развития мышей выстилка вторичной полости тела представлена отростчатыми клетками, среди которых не удается идентифицировать элементы будущего мезотелия и мезенхимы. На 13-е сутки эмбриогенеза в обоих листках брюшины отчетливо видна базальная мембрана, отделяющая мезотелий от мезенхимы. Основным различием в ультрамикроскопической организации мезотелиоцитов, покрывающих как париетальную, так и висцеральную брюшину, является количество в их цитоплазме свободных рибосом и других органелл, которое зависит от асинхронности, их дифференцировки. Большая часть клеток в составе мезотелиального пласта представлена малодифференцированными элементами, которые содержат в цитоплазме в основном свободные рибосомы (полисомы), другие органеллы (митохондрии, комплекс Гольджи, эндоплазматическая сеть) единичны и расположены чаще всего вблизи ядра (рис. 1, а). В висцеральной брюшине на 13-е сутки эмбрионального развития, в мезотелиоцитах с преобладанием свободных рибосом, на 1 мкм2 цитоплазмы приходится 130±4 полисом, а остальных органелл — 1,62±0,04. В другой разновидности мезотелиоцитов свободных рибосом на 1 мкм2 — 66±3, а других органелл — 2,92±0,04. В париетальной брюшине у мышей этого срока развития указанные выше показатели следующие: в менее дифференцированных мезотелиоцитах на 1 мкм2 цитоплазмы свободных рибосом — 118,5±2,0, мембранных органелл — 3,2±0,6, ав более дифференцированных соответственно — 68,1±2,3, и 3,2±0,6. В дальнейшем количество органелл изменяется: уменьшается число свободных рибосом, мембранных органелл — увеличивается. У новорожденных мышей в мезотелиоцитах висцеральной брюшины свободных рибосом на 1 мкм2 приходится 36,5±1,8, а мембранных органелл — 4,60±0,21, в париетальной брюшине соответственно — 33,0±2,3, и 2,91±0,04. Различия содержания органелл мезотелиоцитов, выявленные в париетальной и висцеральной брюшине, отражают не только асинхронность дифференцировки этих клеток в составе эпителиального пласта, но и опережающую их специализацию в париетальной брюшине. На 15-е сутки развития в малодифференцированных мезотелиоцитах большая часть цитоплазмы занята свободными рибосомами, ядерная оболочка образует выросты, преимущественно, за счет наружной мембраны, которые в виде узких трубчатых образований (см. рис. 1, д) отходят от ядра на значительное расстояние. Иногда наружная ядерная мембрана образует выпячивание в виде разветвленной цистерны (см. рис. 1, г), которая занимает значительный участок цитоплазмы. Такие цистерны заполнены мелкозернистым веществом умеренной электронной плотности. Крайне редко встречаются выпячивания внутренней ядерной мембраны. На рис. 1, б показан вырост наружной и внутренней мембран ядерной оболочки, который доходит почти до апикальной части плазмолеммы мезотелиоцита. Внутри основания этого выроста расположено небольшое количество гетерохроматина. Иногда в клетках наблюдается связь ядерной оболочки с комплексом Гольджи. На рис. 1, в видно, что ядерная оболочка на небольшом участке распадается на мелкие гладкие пузырьки, которые находятся в контакте с элементами комплекса Гольджи. На 13-е сутки развития под мезотелием расположены отростчатые мезенхимные клетки, образующие сеть, цитоплазма которых содержит большое количество свободных рибосом, немногочисленные мелкие округлые митохондрии, единичные канальцы гранулярной эндоплазматической сети и крайне редко встречающийся слабо развитый комплекс Гольджи. В мезенхимных клетках также встречаются выросты наружной ядерной мембраны в виде длинных узких образований (рис. 2, а). Волокнистых компонентов межклеточного вещества на данной стадии развития брюшины не обнаружено. На 15-е сутки в мезенхиме наблюдается дифференцировка ее клеток, в результате которой в их цитоплазме увеличивается протяженность гранулярной эндоплазматической сети, цистерны которой заполнены мелкогранулированным веществом умеренной электронной плотности. Клетки теряют связь между собой и приобретают удлиненную форму. В это время появляется межклеточное вещество, содержащее коллагеновые фибриллы, расположенные вблизи малодифференцированных фибробластов (см. рис. 2, б). В цитоплазме некоторых фибробластов находятся коллагеновые протофибриллы (см. рис. 2, в). Перинуклеарное пространство резко расширено и иногда занимает значительную часть цитоплазмы, окружая митохондрии (см. рис. 2, г). В некоторых клетках плазмолемма прослеживается не на всем ее протяжении, а ядро окружено ядерной оболочкой, наружная мембрана которой образует выросты. Цитоплазма этих клеток содержит единичные полисомы и одиночные коллагеновые протофибриллы (см. рис. 2, в). В последующие сроки внутриутробного развития количество межклеточного вещества нарастает. Довольно часто встречаются малодифференцированные фибробласты, в цитоплазме которых находятся многочисленные коллагеновые протофибриллы. К 21-м суткам межклеточное вещество представлено эластическими волокнами и пучками коллагеновых волокон. После рождения изменений в строении и количественном содержании органелл в мезотелиоцитах не обнаружено. Имеет место только увеличе-чества клеток. К 45-м суткам париетальная и висние содержания пиноцитозных пузырьков. Если церальная брюшина (мезотелий и соединительная на 18-е сутки в мезотелиоцитах висцеральной ткань) приобретают строение, характерное для брюшины на 1 мкм2 их приходится 2,20±0,21, а в такового у половозрелых животных. париетальной — 1,31±0,10, то на 45-е сутки пост-Введение в полость брюшины 0,5% новокаинатального периода — соответственно 7,9±0,4 и на сопровождалось развитием в мезотелиоцитах 8,10±0,10. В соединительной ткани наблюдается обоих ее листков дистрофических изменений уже дальнейшее увеличение содержания коллагено-через 20 мин. Измененные клетки располагались вых и эластических волокон и уменьшение коли-одиночно или группами. Многие из них через 24 ч от начала опыта слущивались, и на поверхности брюшины были видны различной величины участки, лишенные мезотелиального покрова, на поверхности которых располагались лимфоциты и макрофаги. К концу 1-х суток изменения в мезотелиоцитах, сохранившихся по краю повреждения, различались. Ядра и органеллы одних мезотелиоцитов были набухшими. Другая часть клеток была представлена большими элементами, имевшими крупное ядро и цитоплазму с многочисленными и равномерно распределенными органеллами. У клеток третьей разновидности значительная часть цитоплазмы была занята свободными рибосомами. Различия в строении мезотелиоцитов, сохраняясь на протяжении всего опыта, были более выражены на протяжении первых 3 сут. В клетках, содержащих в цитоплазме многочисленные свободные рибосомы, наблюдались выросты ядерной оболочки в цитоплазму. Они могли быть представлены или только наружной ядерной мембраной, или наружной и внутренней мембранами (рис. 3, а, б). Эти выросты иногда образовывали многочисленные разветвления и были заполнены глыбками хроматина, прилежащими к внутренней ядерной мембране (ламина). Выпячивания третьей разновидности были образованы только внутренней ядерной мембраной с ламиной. Некоторые такие выпячивания находились в контакте с цистернами комплекса Гольджи (см. рис. 3, г). Связь ядерной оболочки (ее внутренней мембраны) с митохондриоподобной структурой удалось проследить только в одной клетке. Это образование отличалось от митохондрий, характерных для мезотелиоцитов, размером и внутренней мембраной, кристы которой располагались не поперечно или под углом к оболочке митохондрии, а параллельно ее длине (см. рис. 3, в). На 2–3-и сутки в мезотелии по краю раны увеличивалось содержание митотически делящихся клеток, и на 5–8-е сутки целостность мезотелиального покрова восстанавливалась. Новообразованный мезотелий отличался от интактного наличием митотически делящихся клеток и крупных одноядерных клеток, содержащих в цитоплазме многочисленные органеллы. На 12-е сутки эпителиальный покров брюшины на поверхности повреждения отличался от контроля только наличием единичных фигур митоза. Обсуждение полученных данных. Вопрос о взаимоотношении ядерной оболочки с мембранными органеллами клетки в литературе рассматривается с позиции их образования, начиная с перехода протоклеточной организации к клеточной, когда произошло обособление ядра и возникновение ядерной оболочки [20]. Большинство исследователей склоняются к тому, что на ранних этапах филогенеза эукариот (грибы, аннелиды) и у растений мембранные органеллы образуются из материала ядерной оболочки и хроматина, прилежащего к ее внутренней мембране [9, 15, 18, 20]. Существует также мнение о самосборке митохондрий и комплекса Гольджи в малодифференцированных клетках за счет полисом, обеспечивающих синтез белков, необходимых для образования мембран [20]. Однако при решении вопроса об участии ядерной оболочки в образовании органелл у позвоночных, когда на протяжении жизненного цикла клетки и особенно при митотическом делении формируются сложные взаимоотношения между мембранными структурами клеток, нет четкого представления. В работах, опубликованных по этому вопросу, связь ядерной оболочки прослежена только в отношении эндоплазматической сети во время митотического деления и при цитогенезе в физиологических и патологических условиях [2, 14]. Обновление же митохондрий осуществляется в результате их деления или почкования, а восстановление элементов комплекса Гольджи — за счет пузырьков, отделяющихся от эндоплазматической сети [1, 10]. Д. Рудин и Д. Уилки [8], описывая образование митохондрий путем их деления, однако, считают, что имеются генетические данные возможного участия ядра в их образовании. Связь ядерной оболочки с митохондриями и комплексом Гольджи в период эмбриогенеза описана в клетках печени 13-суточных крысят [6]. При изучении париетальной и висцеральной брюшины на ранних стадиях эмбриогенеза, когда начинается специализация ее покровного эпителия и соединительнотканной основы, было установлено, что в большинстве клеток мезотелия и мезенхимы основная часть цитоплазмы занята свободными рибосомами, а эндоплазматическая сеть, митохондрии и комплекс Гольджи единичны, небольшого размера и располагаются вблизи ядра, нередко сохраняя с ним связь. На этой стадии специализации в клетках довольно часто наблюдаются выпячивания наружной ядерной мембраны, которые отходят от ядра на значительное расстояние и имеют вид узких длинных трубчатых образований или широких разветвленных полостей. Комплекс Гольджи нередко сохраняет связь с ядерной оболочкой. Особый интерес представляет дифференцировка мезенхимных клеток, когда начинает формироваться межклеточное вещество. При этом в процессе образования коллагеновых волокон количество цитоплазмы уменьшается, и в соединительной ткани видны клетки, содержащие ядра практически лишенные окружающей их цитоплазмы или ограниченные лишь разросшейся наружной ядерной мембраной. Описанные выше наблюдения дают основание предполагать, что в период раннего эмбрионального развития в мезотелиоцитах и малодифференцированных фибробластах ядерная оболочка участвует в образовании мембранных органелл. В условиях экспериментальной патологии, вызванной введением в полость брюшины 0,5% раствора новокаина, также была выявлена связь ядерной оболочки с комплексом Гольджи и митохондриями. Подобные явления встречались крайне редко, а при воздействии других раздражителей на мезотелий обнаружены не были [5]. Если оценить отмеченные в литературе [9, 15, 18–20] наблюдения связи ядерной оболочки с мембранными органеллами (эндоплазматическая сеть, митохондрии, комплекс Гольджи) на ранних этапах филогенеза и ее исчезновение у более высоко организованных животных и с появлением у последних этой связи в период раннего эмбриогенеза и при патологии, то можно полагать, что это явление представляет собой одно из проявлений закона гистогенетических рекапитуляций [7], составляющих основу эволюционной изменчивости гистогенеза.

作者简介

V. Ivanova

North-Western I. I. Mechnikov State Medical University

Email: cnil22@mail.ru

参考

补充文件