УЛЬТРАМИКРОСКОПИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ЯДЕРНЫХ СТРУКТУР НЕЙРОБЛАСТОВ И ГЛИОБЛАСТОВ КОРЫ ГОЛОВНОГО МОЗГА ЧЕЛОВЕКА В НОРМЕ И В УСЛОВИЯХ ПРЕНАТАЛЬНОЙ АЛКОГОЛИЗАЦИИ МАТЕРИ

УЛЬТРАМИКРОСКОПИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ЯДЕРНЫХ СТРУКТУР НЕЙРОБЛАСТОВ И ГЛИОБЛАСТОВ КОРЫ ГОЛОВНОГО МОЗГА ЧЕЛОВЕКА В НОРМЕ  И  В УСЛОВИЯХ ПРЕНАТАЛЬНОЙ  АЛКОГОЛИЗАЦИИ МАТЕРИ

Научная статья

Солонский А.В. *

ORCID ID :0000-0002-1843-5833,

ФГБНУ ТНИМЦ РАН, НИИ психического здоровья, Томск, Россия

* Корреспондирующий автор (anatsol[at]mail.ru)

Аннотация

При ультраструктурном анализе 53 образцов головного мозга эмбрионов и плодов человека 7-12 недель развития установлен комплекс морфологических изменений структуры ядер нейробластов и глиобластов в условиях пренатальной алкоголизации. Выявлены вакуолизация перинуклеарного пространства, перестройка внутренней и наружной мембран ядра, образование 3 типов специфических сфероидных структур вблизи наружной ядерной мембраны. Указанные ультраструктурные проявления реакции ядер указывают на одну из точек приложения алкогольного воздействия развивающихся клеток мозга.

Ключевые слова: эмбрион, мозг, ядро, алкоголь.

ULTRAMICROSCOPIC ANALYSIS OF THE STATE OF NUCLEAR STRUCTURES OF NEUROBLASTS AND GLIOBLASTS OF THE HUMAN BRAIN CORTEX IN NORMAL CONDITIONS AND IN THE CONDITIONS OF THE MOTHER’S PRENATAL ALCOHOLIZATION

Research article

Solonsky A.V.

ORCID: 0000-0002-1843-5833,

FSBSI Tomsk National Research Medical Center RAS, Scientific Research Institute of Mental Health, Tomsk, Russia

* Corresponding author (anatsol[at]mail.ru)

Abstract

A complex of morphological changes in the structure of the nucleus of neuroblasts and glioblasts in the conditions of prenatal alcoholization was established during the ultrastructural analysis of 53 brain samples of embryos and human fetuses of 7-12 weeks of development. Vacuolization of the perinuclear space, rearrangement of the inner and outer membranes of the nucleus, and the formation of 3 types of specific spheroid structures near the outer nuclear membrane were revealed. These ultrastructural manifestations of nuclear reaction indicate one of the points of application of the alcoholic effects of the developing brain cells.

Keywords: embryo, brain, nucleus, alcohol.

Несмотря на кажущуюся изученность всего многообразия влияния алкоголя на организм человека, при детализированном подходе обнаруживаются важные морфологические проявления его воздействия на уровне структур мозга и ультраструктур клеток. Нейробласты, как первичные клетки формирующейся коры головного мозга (1), являются мишенью для молекул алкоголя, поскольку он легко проникает через плацентарный барьер, гемато-энцефалический барьер, плазматическую и ядерную мембраны клеток [2], [3]. Показано, что к алкоголю наиболее восприимчивы молодые клетки, в частности, стволовые, а также у взрослых – клетки субвентрикулярной зоны мозга. Таковыми в развивающемся мозге являются клетки вентрикулярного и промежуточного слоёв формирующейся коры, в частности – предшественники клеток радиальной глии и непосредственно предшественники нейронов – нейробласты и юные нейроны [4], [5], [6].

Целью исследования явилось выявление эффектов влияния пренатально имплицированного этанола на ультраструктурные компоненты ядра нейробластов и глиобластов мозга эмбрионов и плодов человека 7-12 недель гестации.

Для электронномикроскопического исследования из ткани мозга эмбрионов и плодов от здоровых женщин (20 случаев - контроль) и употреблявших алкоголь в период беременности (33 случая – опытная группа) вырезались кусочки размером  1 мм³, которые после быстрой промывки в 0,1 M какодилатном буфере  (pH 7,4) погружались для фиксации в 0,5% раствор глютарового альдегида на 0,1 M какодилатном буфере с последующей дополнительной фиксацией в растворе осмиевой кислоты. Зафиксированный материал заключали в смесь эпоксидных смол (эпон и аралдит). Материал в эпоксидных блоках подвергали резке на ультрамикротоме «Ultracut-E» (Reichert Jung, Австрия). Срезы контрастировали по Рейнольдсу уранилацетатом и цитратом свинца. Просматривали и фотографировали срезы в электронных микроскопах JEM 100B и JEM 100CX (JEOL, Япония) при ускоряющем напряжении 60-80 кВ. Статистическую обработку материала проводили с использованием программы Statistica 6.0.

На стадии 7 недель гестации клеточный состав формирующегося мозга представлен малодифференцированными клетками вентрикулярного слоя – эпендимными клетками и клетками радиальной глии, а также более дифференцированными нейробластами и глиобластами, находящимися в процессе миграции. Клетки радиальной глии по последним данным являются камбиальными элементами коры, дающими начало как нейроглии (в том числе астроглии), так и нейронам (7, 8). Нейробласты и глиобласты имеют большое ядро, занимающее практически всю площадь клетки, причём ядра глиобластов имеют значительно более выраженную электронную плотность по сравнению с ядрами нейробластов, а также имеют более сложную форму (Рис.1). Ядерно-цитоплазматическое отношение обеих клеток смещено в сторону ядра, что характерно для незрелых форм. Обе клетки имеют узкий ободок цитоплазмы с ограниченным набором органелл, представленными одиночными рибосомами и полисомами звёздчатого типа, митохондриями, слаборазвитыми эндоплазматическим ретикулумом и комплексом Гольджи.

Рис. 1 – Глиобласт (вверху) и нейробласт коры мозга. Плод 9 недель гестации, контрольная группа. Ув. 24 000

 

На материале опытной группы выявлены заметные ультраструктурные особенности строения ядерной мембраны (наружной и внутренней). Установлено значительно более частое расширение перинуклеарного пространства нейробластов и глиобластов в опытной группе. Отмечено появление ядерного материала в просвете перинуклеарного пространства, который имел различную структуру. В первом случае скопления ядерного материала имело шаровидную форму, свободно располагались в перинуклеарном пространстве, не прилежали ни к одной из ядерных мембран и не имели окружающей их собственной мембраны. Второй вариант появления материала в перинуклеарном пространстве отличался от первого тем, что материал был окружён собственной одинарной мембраной, образованной наружной ядерной оболочкой, однако заполнены они были веществом цитоплазмы клетки, а не ядерным материалом. Третий вариант представлял собой сфероидные частицы, окружённые одинарной мембраной (Рис. 2). Такие структуры могли быть обнаружены на некотором расстоянии от ядра, в цитоплазме, без контакта с ядерными мембранами, из чего можно сделать заключение о возможности обмена ядерным материалом с цитоплазмой не за счёт проникновения его через ядерные поры, а путём образования указанных структур.

Рис. 2 – Сферические скопления ядерного материала в перинуклеарном пространстве нейробластов. А – первого типа (белые стрелки), Б – второго типа, В – третьего типа. К месту формирования сфероидов прилежит внутренняя мембрана ядра с ламиной и гетерохроматином. Плод 11-12 нед., основная группа, ув. 50 000

 

Выявлены были также другие особенности структуры ядер нейробластов и глиобластов. Представляет интерес частота их встречаемости, что отражено в таблице 1. Характерными особенностями ядерных структур нейробластов и глиобластов опытной группы являлись более выраженные перестройки мембран ядра, как внутренней, так и наружной, более частые изменения формы и большее количество конденсированного гетерохроматина, что указывает на сниженную активность клеток. Значительно чаще и статистически достоверно изменялся просвет перинуклеарного пространства дифференцирующихся нервных и глиальных клеток (p<0.001).

Таблица 1 – Частота встречаемости морфологических феноменов ядерных структур нейробластов и глиобластов

В заключение необходимо отметить многообразие проявлениях влияния алкоголя на дифференцирующиеся клетки коры головного мозга эмбрионов и плодов. Указанные морфологические феномены возможно трактовать как стимулирующее действие для синтеза ядерных мембран, однако, тормозящее для внутриядерных процессов синтеза, что отражается в более частом образовании гетерохроматина. Появление сфероидных структур в перинуклеарном пространстве нейробластов возможно трактовать как формирование микроядер – в этом случае речь может идти о мутагенных эффектах пренатально проникающего в мозг этанола (9, 10). 

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Ковецкий Н.C. Нарушения развития головного мозга плодов, полученных от матерей, употреблявших алкоголь в период беременности / Н.C. Ковецкий, А.В. Солонский, Т.Л. Моисеева // Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 1995; 3: 58–63.
2. Рузаева В.А. Особенности формирования гематоэнцефалического барьера при модуляции активности hif в клетках астроглиальной и нейрональной природы in vitro / В.А. Рузаева, А.В. Моргун, Е.Д. Хилажева, Н.В. Кувачева, Е.А. Пожиленкова, Е.Б. Бойцова, Г.П. Мартынова, Т.Е. Таранушенко, А.Б. Салмина // Биомедицинская химия, 2016 том 62, в. 6, с. 664-669.
3. Солонский А.В. Структурно-функциональные особенности мембран клеток крови и мозга при алкогольной интоксикации / А.В. Солонский, В.Д. Прокопьева, Н.А. Бохан // Сибирский вестник психиатрии и наркологии. 2006; 3 (42): 36–39.
4. McGrath Erica L. Spatial and Sex-Dependent Responses of Adult Endogenous Neural Stem Cells to Alcohol Consumption / Erica L. McGrath, Junling Gao, Yong-Fang Kuo, Kathryn A. Cunningham, Bhupendra S. Kaphalia, Ping Wu. // Open Access: November 9, 2017. DOI: https://doi.org/10.1016/j.stemcr.2017.10.007.
5. Cui C, Koob G.F. Titrating Tipsy Targets: The Neurobiology of Low-Dose Alcohol /Trends Pharmacol Sci. 2017 Jun;38(6):556-568. doi: 10.1016/j.tips.2017.03.002. Epub 2017 Mar 31.
6. Ton S.T. Subventricular zone neural precursor cell responses after traumatic brain injury and binge alcohol in male rats / Ton S.T., Tsai S.Y., Vaagenes I.C., Glavin K., Wu J., Hsu J., Flink H.M., Nockels D., O'Brien T.E., Kartje G.L. // J. Neurosci. Res. 2019.- Jan 7. doi: 10.1002/jnr.24382.
7. Gotz M., Barde Y.-A. Radial glial cells: defined and major intermediates between embryonic stem cells and CNS neurons//Neuron.— 2005.— Vol. 46.— P. 369—372.
8. Merkle F.T. Radial glia give rise to adult neural stem cells in the subventricular zone / Merkle F.T., Tramontin A.D., Garcia-Verdugo J.M., Alvarez-Buylla A. // Proc. Nati. Acad. Sci. USA.-2004.-Vol. 101.-P. 17528-17 532.
9. Soto M. Chromosomes trapped in micronuclei are liable to segregation errors / Soto M., García-Santisteban I., Krenning L., Medema R.H., Raaijmakers J.A. // Cell Sci. 2018 Jul 9;131(13). pii: jcs214742. doi: 10.1242/jcs.214742.
10. Sousa Coelho IDD. Protective effect of exogenous melatonin in rats and their offspring on the genotoxic response induced by the chronic consumption of alcohol during pregnancy / Sousa Coelho I.D.D., Lapa Neto C.J.C., Souza T.G.D.S., Silva M.A.D., Chagas C.A., Santos K.R.P.D., Wanderley Teixeira V, Teixeira Á.A.C.// Mutat Res. 2018 Aug;832-833:52-60. doi: 10.1016/j.mrgentox.2018.06.018. Epub 2018 Jun 21.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Kovetsky N.S. Narusheniya razvitiya golovnogo mozga plodov, poluchennykh ot materei, upotreblyavshikh alkogol v period beremennosti [Disorders of Brain Development of Fetuses Obtained from Mothers who Consumed Alcohol during Pregnancy] / N.S. Kovetsky, A.V. Solonsky, T.L. Moiseev // Journal of Neurology and Psychiatry. S.S. Korsakova. 1995; 3: 58–63. [in Russian]
2. Ruzaeva V.A. Osobennosti formirovaniya gematoentsefalicheskogo bariera pri modulyatsii aktivnosti hif v kletkakh astroglialnoii i neiironalnoii prirody in vitro [Features of the Formation of the Blood-brain Barrier in the Modulation of hif Activity in Astroglial and Neuronal Cells in vitro] / V.A. Ruzaeva, A.V. Morgun, E.D. Khilazheva, N.V. Kuvacheva, E.A. Pozhilenkova, E. B. Boytsova, G.P. Martynova, T.E. Taranushenko, A.B. Salmina // Biomedical Chemistry, 2016, Volume 62, v. 6, p. 664-669. [in Russian]
3. Solonsky A.V. Strukturno-funktsionalnye osobennosti membran kletok krovi i mozga pri alkogolnoi intoksikatsii [Structural and Functional Features of the Membranes of Blood and Brain Cells during Alcohol Intoxication] / A.V. Solonsky, V.D. Prokopyeva, N.A. Bokhan // Siberian Bulletin of Psychiatry and Narcology. 2006; 3 (42): 36–39. [in Russian]
4. McGrath Erica L. Spatial and Sex-Dependent Responses of Adult Endogenous Neural Stem Cells to Alcohol Consumption / Erica L. McGrath, Junling Gao, Yong-Fang Kuo, Kathryn A. Cunningham, Bhupendra S. Kaphalia, Ping Wu. // Open Access: November 9, 2017. DOI: https://doi.org/10.1016/j.stemcr.2017.10.007.
5. Cui C, Koob G.F. Titrating Tipsy Targets: The Neurobiology of Low-Dose Alcohol /Trends Pharmacol Sci. 2017 Jun; 38(6):556-568. doi: 10.1016/j.tips.2017.03.002. Epub 2017 Mar 31.
6. Ton S.T. Subventricular zone neural precursor cell responses after traumatic brain injury and binge alcohol in male rats / Ton S.T., Tsai S.Y., Vaagenes I.C., Glavin K., Wu J., Hsu J., Flink H.M., Nockels D., O'Brien T.E., Kartje G.L. // J. Neurosci. Res. 2019. - Jan 7. doi: 10.1002/jnr.24382.
7. Gotz M., Barde Y.-A. Radial glial cells: defined and major intermediates between embryonic stem cells and CNS neurons//Neuron.— 2005. — Vol. 46. — P. 369—372.
8. Merkle F.T. Radial glia give rise to adult neural stem cells in the subventricular zone / Merkle F.T., Tramontin A.D., Garcia-Verdugo J.M., Alvarez-Buylla A. // Proc. Nati. Acad. Sci. USA.-2004.-Vol. 101.-P. 17528-17 532.
9. Soto M. Chromosomes trapped in micronuclei are liable to segregation errors / Soto M., García-Santisteban I., Krenning L., Medema R.H., Raaijmakers J.A. // Cell Sci. 2018 Jul 9;131(13). pii: jcs214742. doi: 10.1242/jcs.214742.
10. Sousa Coelho IDD. Protective effect of exogenous melatonin in rats and their offspring on the genotoxic response induced by the chronic consumption of alcohol during pregnancy / Sousa Coelho I.D.D., Lapa Neto C.J.C., Souza T.G.D.S., Silva M.A.D., Chagas C.A., Santos K.R.P.D., Wanderley Teixeira V, Teixeira Á.A.C.// Mutat Res. 2018 Aug;832-833:52-60. doi: 10.1016/j.mrgentox.2018.06.018. Epub 2018 Jun