CC BY
26
УДК 576.3:576.535:57.08
Ключевые слова: ультраструктура клеток, естественная гибель клетки, апоптоз, конденсация, маргинация, ядерный хроматин, фагоцитоз, апоптоидные тела, некроз, лимфоидные и паренхиматозные органы
Key words: Ultrastructure cells, natural cell death, apoptosis, condensation, marginalia, nuclear chromatin, phagocytosis, apoptosis body, necrosis, lymphoid and parenchymal organs
Сулейманов С.М., Паршин П.А., Слободяник В.С., Павленко О.Б., Сапожкова О.А., Шапошникова Ю.В.
УЛЬТРАСТРУКТУРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЕСТЕСТВЕННОЙ ГИБЕЛИ КЛЕТОК ПРИ ИММУНОДЕФИЦИТНОМ СОСТОЯНИИ ЖИВОТНЫХ
ULTRASTRUCTURAL CHARACTERISTICS OF NATURAL CELL DEATH IN IMMUNODEFICIENT ANIMALS
'Воронежский государственный аграрный университет им. императора Петра I Адрес: 394087, Россия, г. Воронеж, ул. Мичурина, д.1
'Voronezh state agrarian university of the emperor Peter I Adress: 394087, Russia, Voronezh, Michurin str., ' 2Воронежский государственный университет инженерных технологий Адрес: 394036 Россия, г. Воронеж, пр. Революции, д. 19; телефон +7(473)255-42-67; факс +7(473)255-42-67.
2Federal State Budget Educational Institution of Higher Education "Voronezh State University of Engineering
Technologies"
394036, Russia, Voronezh, Revolution Av., '9, +7(473)255-42-67.
Сулейманов Сулейман Мухитдинович, д.в.н., +7(473) 255-83-02; e-mail: [email protected]
Suleymanov Souleymane, doctor of veterinary sciences, +7(473) 255-83-02; e-mail: [email protected]' Паршин Павел Андреевич, д. в. н., +7(980) 244-17-051 Parshin Pavel, doctor of veterinary sciences, +7(980) 244-17-05' Слободяник Валентина Сергеевна, д. б. н., +7(920) 437-52-332 Slobodyanik Valentina, doctor of biology sciences, +7(920) 437-52-332
Павленко Ольга Борисовна, к. в. н., +7(906) 674-36-021 Pavlenko Olga, candidate of veterinary sciences, +7(906) 674-36-02' Сапожкова Ольга Александровна, к. в. н., +7(961) 028-96-741 Sapozhkova Olga, candidate of veterinary sciences, +7(96') 028-96-74' Шапошникова Юлия Владимировна, к. в. н., +7(952) 952-57-961 Shaposhnikova Julia, candidate of veterinary sciences, +7(952) 952-57-96'
Аннотация. Выяснены ультраструктурные особенности естественной и патологической гибели эпителиальных клеток лимфоидных и паренхиматозных органов у молодняка животных при иммунодефицитах и незаразных болезнях. Материалом служили образцы печени, кишечника, тимуса, эндометрия и молочной железы, которые фиксировались в глютаровом альдегиде с постфиксацией в тетраокиси осмия, а ультратонкие срезы просматривались в электронном микроскопе. Установлено, что ультраструктура различных стадий естественной гибели клеток характеризовалась наличием конденсации и маргинации ядер клеток фибробластического ряда, образованием апоптозных телец и сохранением цитоплазматических органоидов эпителиальных клеток печени, легких, кишечника, эндометрия, тимуса и молочной железы. Конденсация хроматина была наиболее характерной чертой естественной гибели клеток - апоптоза. Хроматин конденсировался по периферии, под мембраной ядра, при этом образовывались четко очерченные плотные массы различной формы и размеров. Ядро иногда разрывалось на два или несколько фрагментов или, наоборот, превращалось в одно крупное апоптозное тело. Формировались глубокие выпячивания на поверхности ядра с образованием полостей в цитоплазме, что приводило к фрагментации клетки и формированию окруженных мембраной апоптотических телец, состоящих из цитоплазмы и плотно расположенных органелл. К естественной гибели подвергались одиночные клетки, а ранние стадии процесса оставались незамеченными. Небольшие размеры большинства апоптозных телец, их рассеивание среди многочисленных неизмененных клеток и быстрый фагоцитоз без сопутствующей воспалительной реакции являлась характерной особенности апоптоза. В различных органах принцип естественной гибели клеток был однотипен и существенно отличался от патологической гибели клеток.
Summary. This article clarified the ultrastructural features of natural and pathological destruction of epithelial cells of lymphoid and parenchymal organs of young animals with immunodeficiencies and non-communicable diseases. It is established that the ultrastructure of different stages of natural cell death was characterized by condensation and marginali nuclei of cells fibroblastic series, formation of apoptotic Taurus and preservation of cytoplasmic organelles
of epithelial cells of liver, lung, colon, endometrium, thymus and mammary gland. Condensation of chromatin was the most characteristic feature of natural cell death - apoptosis. Chromatin condensed at the periphery, beneath the membrane of the nucleus was thus formed clearly defined dense masses of various shapes and sizes. - Sometimes broken into two or more fragments or, conversely, has become one of the major apoptotic body. Formed deep protrusions on the surface of the nucleus with the formation of cavities in the cytoplasm, leading to fragmentation of cells and the formation is surrounded by a membrane of apoptotic cells, consisting of cytoplasm and densely Packed organelles. To a natural death were subjected to single cells, and early stage of the process was unnoticed. The small size of most of the apoptotic cells, their dispersion among the numerous unchanged cells and rapid phagocytosis without an accompanying inflammatory reaction was characterized by features of apoptosis. In various organs the principle of natural cell death was similar and was significantly different from pathological cell death.
Введение
Нарушение функции иммунной системы организма является одним из патогенетических механизмов развития любого патологического процесса, в том числе иммунодефицитного состояния, которое широко распространено с первичными, возрастными и вторичными проявлениями у животных [2. 4]. При иммунодефицитах механизм индукции естественной гибели клеток связан с внутриклеточной аутогенной передачей сигнала от рецепторной системы, запускающей генетическую программу гибели клеток [1]. При этом существенно нарушается механизм естественной гибели эпителиальных клеток печени, тимуса, кишечника, матки, молочной железы и других органов, которые выявляются на ультраструктурном уровне и могут служить определенными маркерами в их диф-ференцировке [3].
Целью настоящего исследования было изучение ультраструктурной характеристики естественной гибели клеток.
Материалы и методы
Материалом служили органы телят и поросят с признаками иммунодефецита (ОАО «Засосенская Нива» Красногвардейского района Белгородской области, МХП «Николаевское» Аннинского района и ООО «Виш-невское» Верхнее-Хавского района Воронежской области, свинокомплекс «Паритет» Урюпинского района Волгоградской области) и органы коров, больных эндометритом и маститом (ООО «Воронежпищепродукт» Новоусманского района Воронежской области). Образцы печени, кишечника, тимуса, эндометрия и молочной железы фиксировались в 2,5%-ном растворе глютарового альдегида с постфиксацией в 1%-ном раство-
ре тетраокиси осмия. Материал заключался в Эпон-812, готовились полутонкие срезы, окрашенные азур-2 в сочетании с фуксином основным, которые просматривались в световом микроскопе «Leica». Ультратонкие срезы готовились на ультрамикротоме Ultracut «Leica», монтировались на вольфрамовые сетки, контрастировались цитратом свинца и уранилацетатом и просматривались в электронном микроскопе ЕМ-208 фирмы Philips.
Результаты исследований
Установлено, что при электронной микроскопии естественная гибель эпителиальных клеток сопровождалась существенным изменением ядерного хроматина в виде конденсации его под кариолеммой и образования полусферических глыбок на фоне относительно стабильной структуры органоидов клеток эпителия. При этом специализированные структуры клеточной поверхности - микроворсинки, межклеточные контакты исчезали, уменьшались размеры клетки вследствие конденсации цитоплазматических органелл, изменялась форма клетки, но сохранялась целостность органелл (Рис. 1).
Таким образом, ультраструктура различных стадий естественной гибели клеток характеризовалась наличием конденсации и маргинации ядер клеток фибробластиче-ского ряда, образованием апоптозных телец и сохранением цитоплазматических органоидов эпителиальных клеток печени, легких, кишечника, эндометрия, тимуса и молочной железы. Конденсация хроматина была наиболее характерной чертой естественной гибели клеток - апоптоза. Хроматин конденсировался по периферии, под мембраной ядра, при этом образовывались четко очерченные плотные массы различной формы и разме-
Рис. 1. Ультраструктура различных стадий естественной гибели эпителиальных клеток: а) Конденсация ядерного хроматина в фибробластах легочной ткани теленка; б) Маргинация ядра и ядерного хроматина фиброцита; в) Фрагментация ядра до кариолеммы; г) Крупное апоптозное тело в эпителии с фрагментами ЭПС в эндометрии у коровы; д) Естественная гибель гепатоцита в окружении нормальных клеток печени у теленка; е) Апоптоз энтероцита слизистой оболочки тонкого кишечника у теленка; ж) Апоптоз тиммоцита тимуса у поросенка при иммунодефиците; з) Апоптоз альвеолярного эпителия в молочной железе коровы при субклиническом мастите.
ров. Ядро иногда разрывалось на два или несколько фрагментов или, наоборот, превращалось в одно крупное апоптозное тело. Формировались глубокие выпячивания на поверхности ядра с образованием полостей в цитоплазме, что приводило к фрагментации клетки и формированию окруженных мембраной апоптотических телец, состоящих из цитоплазмы и плотно расположенных органелл.
Естественная гибель клетки (апоптоз) включала в себе 4 стадии развития. На первой стадии ее происходила конденсация, маргинация и фрагментация ядерного хроматина, на второй - прогрессировала мар-гинация ядерного хроматина, происходило уплотнение и образование выпячиваний цитоплазмы. На этой стадии апоптозное тело содержало фрагмент ядра и цитоплазмы, а канальцы эндоплазматической сети расширялись, появлялись группы апоп-тозных телец. На третьей стадии апоптоз-ные тела фагоцитировались макрофагами с фрагментами ядерного хроматина и митохондриями, на четвертой стадии апоптоза выявлялись в цитоплазме макрофагов остаточные тела с последующим разрушением их. Апоптоз - как одна из форм гибели клеток и как морфологический феномен не вызывал сомнений. Однако наличие апоптоза в каждом конкретном случае требовало доказательств, в первую очередь морфологических.
Следует отметить, что гибель клетки была не однообразной по сущности и разнообразной по морфологии, механизмам, обстоятельствам наступления, биологической значимости. При этом естественная (апоптоз) и патологическая (некроз) гибель клеток отличались по функциональным (необратимое прекращение жизнедеятельности клетки в обоих случаях), морфологическим (полное разрушение клетки при некрозе, образование апоптозных телец при апоптозе), биохимическим (нарушение выработки энергии, коагуляция, гидролитическое расщепление белков, нуклеиновых кислот, липидов при некрозе; гидролиз белков цитоплазмы и распад ДНК при апоптозе) и генетическим (некроз завершается с воспалительной реакцией, а апоптоз - без нее) признакам.
Апоптозу подвергались одиночные клетки, а ранние стадии процесса оставались незамеченными. Небольшие размеры большинства апоптозных телец, их рассеивание среди многочисленных неизмененных клеток и быстрый фагоцитоз без сопутствующей воспалительной реакции являлась характерной особенностей морфологии апоптоза. Идентификация фагоцитированных апоптозных телец осуществлялась на основании обнаружения фрагментов ядра или характерного для этого типа клеток органелл цитоплазмы. Подозрение на наличие фагоцитированных апоптозных телец подтверждалось обнаружением в их составе характерных включений цитоплазмы. Фагоцитоз апоптотических клеток или телец осуществлялся окружающими здоровыми клетками, или паренхиматозными, или макрофагами. Апоптотические тельца быстро разрушались в лизосомах, а окружающие клетки либо мигрировали, либо делились для заполнения свободных пространств.
Наиболее четко морфологические признаки выявлялись при электронной микроскопии. При апоптозе была характерной последовательность ультраструктурных изменений, приведенной на следующей схеме (Рис. 2).
Фагоцитоз. Фагоцитоз
воспаление макрофагами
или соседними
КПЙТКЯ м и
Рис. 2. Схема последовательности ультраструктурных изменений при естественной (апоптоз, справа) и патологической (некроз, слева) гибели клеток.
Следовательно, неправомерно судить о естественной гибели клетки без электронной микроскопии и современных иммуно-морфологических методов исследований. В различных органах принцип естественной гибели клеток был однотипен и существенно отличался от патологической гибели клеток.
Список литературы
1. Жаров А.В. Патологическая анатомия животных / А.В. Жаров // Москва, изд-во КолосС, 2006. - С. 664.
2. Карпуть И.М. Механизмы развития вторичных иммунных дефицитов / И.М. Карпуть // Актуальные проблемы ветеринарной медицины и зоотехнии: Мат. Международной конференции, 4-5 ноября 2004 г. -Витебск, 2004. - т. 40, Ч 2. - С. 69-70.
3. Сулейманов С.М. Морфофункциональные особенности апоптоза и его значение при диагностике незаразных болезней / С.М. Сулейманов, В.С. Сло-бодяник, О.А. Сапожкова, Ю.В. Шапошникова, О.Б. Павленко // Сб. 1-й Международной конференции по ветеринарно-санитарной экспертизе, 26-27 ноября 2015 г. - Воронеж, ВГАУ, 2015. - С. 150-152.
4. Федоров Ю.Н. Иммунодефицита крупного рогатого скота / Ю.Н. Федоров // Жур. «Ветеринария». -2006. - № 1. - С. 3-7.
