CC BY
13
УДК: 591.69; 576.89
КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА СЕРОТОНННЕРГИЧЕСКИХ НЕРВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ У ПЛАНАРИЙ И ТРЕМАТОД (PLATYHELMINTHES)
Крещенко НД.*, Теренина Н.Б.**, Мочалова Н.В.**
*ФГБГУН «Институт биофизики клетки» РАН ([email protected]) **ФГБУН «Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова» РАН Центр паразитологии ([email protected])
Введение. Нервная система у плоских червей, как и у более высокоорганизованных животных, играет центральную роль в реализации жизненно важных функций организма. Понимание устройства нервной системы у этих организмов, предки которых, вероятно, дали начало всем современным билатерально-симметричным животным, позволит понять элементарные принципы и связи, формирующиеся в нервной системе в процессе эволюции и являющиеся базовыми для всех представителей Bilateria.
До разработки и применения иммуноцитохимического метода попытки идентифицировать серотонин у Platyhelminthes были предприняты с помощью рутинных методов гистологической окраски тканей и световой микроскопии
[1]. Эти исследования требуют трудоемкой, и довольно субъективной реконструкции серийных срезов и не дают полной морфологической картины. Для идентификации серотонина в настоящей работе были использованы тотальные препараты планарий и трематод, а также срезы тканей, что позволило с помощью конфокальной лазерной сканирующей микроскопии извлечь максимум информации о локализации серотонинергических компонентов в нервной системе изучаемых видов.
Материал и методы. В работе использовали планарий Girardia tigrina Girard, 1850 (Turbellaiia, Dugesiidae), и взрослые формы паразитических трематод Opisthioglyphe гапае Frölich, 1791 (Plagiorchidae) Opisthorchis felineus Rivolta, 1884 (Opisthorchiidae), Gymnophallus deliciosus Olsson, 1893 (Gymnophallidae, Odhner, 1905,). Материал фиксировали в 4%-ном параформальдегиде в 0,1 M фосфатном буферном растворе (pH 7,4) при 4 °С и сохраняли в 10%-ной сахарозе. Серотонин выявляли иммуноцитохимически
[2], используя коммерческие антитела к серотонину. Для окраски мускулатуры применяли TRITC (тетраметилродамин изотиоцианат)-меченый фаллоидин по методу Вальберга [3]. Препараты исследовали с помощью флуоресцентных микроскопов Leica DM1000, Leica DM6000 и конфокального сканирующего лазерного микроскопа Leica TCS SP5 (Пущинский научный Центр РАН).
Результаты. Серотнин-иммунопозитивная(-ип) окраска у планарий G. tigrina была выявлена в центральных и периферических отделах нервной системы. Преимущественно биполярные серотонинергические нейроны обнаружены в головном ганглии, а мультиполярные - в нервных узлах на
пересечении нервных стволов и комиссур. Серотонин-ип волокна образуют остов головного ганглия. Большинство тел серотониновых нейронов располагаются по внутренней дуге головного ганглия, в котором насчитывается от 62 до 78 серотонин-ип клеток размером 20-28 мкм. На пересечении поперечных комиссур, соединяющих нервные стволы, вокруг нервных узлов локализуется по 5-7 серотонин-ип нейронов [4]. Около 7 серотонин-ип нейронов обнаружено вблизи фоторецепторов (глаз). Наибольшая плотность серотонин-ип нейронов наблюдалась в головном отделе тела, она уменьшалась к туловищному, и была наименьшей в хвостовом отделе (рис. 1).
о 8" о
!б-о
|4.
X г 2
0-
гол серед хвст
Рис. 1. Количество серотониновых нейронов у С.Идппа, подсчитанных на квадрат (рамку), размером 100x100 мкм2, перемещаемую вдоль нервных стволов в головном (п=26, где п - число измерений), туловищном (или серединном, п=15) и хвостовом (п=8) отделах тела
У трематод Орг^Й/од/ур^е гапае (рис. 2) серотнин-ип нервные элементы расположены в области головных ганглиев, в кольцевой комиссуре, по ходу продольных нервных стволов, в области брюшной присоски. С каждой стороны тела трематоды выявлено 8 парных нейронов, из которых 5 нейронов расположены в области головного ганглия, три нейрона - на уровне брюшной присоски. Кроме того, между кольцевой комиссурой, соединяющей головные ганглии, и ротовой присоской обнаружены иммунореактивные к серотонину структуры, вероятно, иннервирующие глотку. От нервного кольца с двух сторон к ротовой присоске подходят нервные волокна, по ходу которых расположена единичная серотонинергическая клетка с отростками, простирающимися к ротовой присоске. Серотонин-ип волокна следуют к ротовой присоске и от головных ганглиев. Таким образом, мускулатура присоски богато иннервируется сетью серотонин-ип волокон. С двух сторон от пищевода расположены по две мелкие серотонинергические клетки. Недалеко от полового отверстия также выявлены две серотонин-ип клетки. Два наиболее крупных вентральных нервных ствола соединяются в нижней части тела в области экскреторной поры. Между продольными нервными стволами расположены поперечные комиссуры. Размер нервных клеток у разных особей О. гапае варьирует от 7 до 15 мкм в диаметре, что, возможно, связано с различными размерами исследуемых трематод или естественной вариабельностью размеров нейронов [5].
Рис. 2 (а-с). Серотонин-ип клетки (белым) в головном ганглии планарий
агапНв НдНпа (а) - острия стрелок, длинные стрелки указывают на фоторецепторы; у трематод ОрШЬодНрЬе га пае (Ъ) крупные н более мелкие серотнин-ип нейроны в области ротовой присоски и пищевода (стрелки); у трематод СутпорЬаИиз (1е1Шо5Ш (с) серотонин-ип клетки в теле трематоды (стрелки). Масштаб: а,с- 50мкм, Ь- 20мкм
У трематоды Ор18&огсЫ8 [еИпеиБ мозговые ганглии расположены с двух сторон у основания глотки и включают группу из 3-4 серотони-ип нейронов. Ганглии соединены кольцевой комиссурой, посредине которой имеется две серотнин-ип клетки размером 10 мкм. С каждой стороны глотки, имеется по одной серотонин-ип клетке (10 мкм). Волокна от этой клетки идут к ротовой присоске. От ганглиев к ротовой присоске вдоль глотки проходит нервный ствол, а к заднему концу тела идут три пары продольных нервных стволов, из которых одна пара - наиболее развита. По ходу главного нервного ствола до начала брюшной присоски видны две серотонин-ип клетки. Далее, на уровне начала и конца брюшной присоски, имеется еще две серотонинергические клетки. Тонкие нервные волокна идут от главного нервного ствола к брюшной присоске и репродуктивному отверстию, образуя нервную сеть. Недалеко от репродуктивной поры и чуть поодаль от нее расположены две серотонин-ип нервные клетки. Нервная сеть из тонких серотонин-ип волокон обнаружена внутри мышц брюшной присоски. По одной мелкой серотонин-ип нервной клетке расположено с каждой стороны от экскреторной поры [6-7].
У трематоды СупнюрЬаИив (ЗеИсюзиз серотонин-ип нейроны (размером 5-10x10 мкм) и волокна выявлены в центральной нервной системе в области расположения головных ганглиев (по 3-4 клетки в каждом ганглии), в центральной комиссуре, соединяющей ганглии, вблизи глотки, в главных продольных нервных стволах (рис. 2с). Всего в теле трематоды в области, расположенной до брюшной присоски выявлено порядка 16-18 серотонинергических клеток [5].
Заключение. Продемонстрировано наличие серотонина в центральных и периферических отделах нервной системы планарий и трематод. Сравнительный анализ распределения серотонин-ип элементов в нервной системе свободноживущих планарий и паразитических трематод показал
следующее. Нервная система паразитических трематод представляет собой хорошо дифференцированный ортогон, состоящий из мозга, включающего парные ганглии, соединённые между собой комиссурой, а также нескольких пар продольных нервных стволов, два из которых являются наиболее крупными. Продольные стволы связаны поперечными комиссурами. Отмечена интенсивная иннервация репродуктивных структур, что может указывать на важную роль серотонина в процессах регуляции развития и репродукции уже на ранних этапах филогенетического развития организмов. Обнаружена серотонинергическая иннервация прикрепительных органов, ротовой и брюшной присосок паразитов.
Таблица
Количественные характеристики серотонин-иммунопозитивных
нейронов у исследованных видов плоских червей
Вид Размер особей (мм) Размер нейронов (мкм) Кол-во нейронов в передней части тела
Girardia tigrina 8-9 мм 16-28 мкм 62-78
Opisthiogliphe ranae 1 мм 7-15 мкм 16
Opistorchis felineus 8-10 мм 10 мкм 16
Gymnophallus deliciosus 0,7 мм 5-10 мкм 16-18
Нервная система планарий демонстрирует черты большей централизации: имеется одна доминирующая пара нервных стволов и головной ганглий (мозг) в переднем отделе тела. В нервной системе планарий гораздо больше серотониновых нейронов, а их размеры крупнее, чем у представителей паразитических трематод разных семейств (таблица). Кроме того, число серотонинергических клеток в переднем отделе тела планарий больше, чем в остальных частях тела. Выявленные различия могут быть связаны со свободноживущим образом жизни планарий и необходимостью адаптации к разнообразным условиям окружающей среды.
Несмотря на обнаруженные различия, черты сходства в распределении серотонинергических элементов в нервной системе планарий и трематод указывают на их филогенетическое родство. Проведенный сравнительный анализ наличия и локализации серотонинергических компонентов в нервной системе у паразитических и свободноживущих видов Platyhelminthes имеет важное значении при рассмотрении вопросов эволюции нервной системы и нейрональных сигнальных веществ. (Работа поддержана грантами РФФИ №18-04-00349а, №18-54-18002 Болг-а).
Литература: 1.Welsh J.H., Williams L.D.//J. Comp. Neurolog. - 1970. -V.138. - P.103-106. 2.Coons et al.//J. Exp. Med - 1955.- V.102 - P. 49-60. 3. Wahlberg M.H.//Cell Tiss. Res - 1998 - 291 - P.561-570. 4.Крещенко Н.Д.//Биол. мембр.- 2016.- Т.ЗЗ.- С.353-362. 5.Теренина Н.Б. и др.// Журн. эволюц. биох.
физиол.- 2015.- Т.51.- С.127-132. б.Теренина Н.Б. и др.// Межд. конф. «Биоразнообразие и экология паразитов наземных и водных ценозов».- 2008.-М - С.82-385. 7. Tolstenkov 0.0. et al.//Acta Parasitol- 2010 - V.55 - P.123-132.
Quantitative assessment of serotoninergic nervous elements in planarian and trematoda (Platyhelminthes). Kreshchenko N.D., Terenina N.B., Mochalova N.V. Institute of Cell Biophysics RAS, Pushchino; Centre of Parasitology of IPEE RAS, Moscow.
Summary. On the base of the immunocytochemical study of presence and localization of biogenic amine serotonin in planarian Girardia tigrina and adult parasitic trematodes Opisthioglyphe ranae, Opisthorchis felineus and Gymnophallus deliciosus a comparative quantitative analysis of the distribution of serotoninergic neurons has been performed. The results indicate more developing serotoninergic system in free-living planarian compare to parasitic species.
