ULTRASTRUCTURAL FEATURES OF MAGNOCELLULAR HYPOTHALAMIC NUCLEI WITH MAGNESIUM DEFICIENCY

Full Text

В настоящее время накоплено большое количе- экспрессии TRPM7 в нейронах крупноклеточных ядер ство данных о ключевой регуляторной роли ионов маг- гипоталамуса [2]. Поэтому изучение ультраструктурных ния в функционировании нейронов. Магний является клю- изменений митохондрий при магниевой недостаточно-чевым модулятором синаптической пластичности [4, 5], сти представляет особый интерес. Многие аспекты уль-клеточного роста и пролиферации, а эффекты гипомаг- траструктурных преобразований в центральной нервной незиемии связаны с развитием воспаления, продукци- системе, в частности, в гипоталамусе при алиментар-ей цитокинов, активацией фагоцитов с развитием окси- ном дефиците магния изучены мало, хотя имеются еди-дативного стресса [3, 8]. Индукция повреждения кле- ничные сообщения об изменениях в гипоталамо-гипо-ток, опосредованная оксидативным стрессом, была от- физарной нейросекреторной системе [9] при моделиро-мечена в различных тканях в условиях гипомагнезие- вании альдостерон-зависимого дефицита магния. мии. Так, у магний-дефицитных крыс выявлено ускорение процессов инволюции тимуса как классического ЦЕЛЬ РАБОТЫ примера апоптоза [7]. Пищевой дефицит магния также Оценить ультраструктурные преобразования индуцирует повреждение кардиомиоцитов, эндотелия паравентрикулярных и супраоптических ядер гипои гладкомышечных клеток сосудов [1]. Механизмы окси- таламуса при моделировании алиментарного дефидативного стресса тесно связаны с дисфункцией мито- цита магния. хондрий, которые рассматривают как магниевые депо [6]. Одним из основных транспортных каналов для ионов МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ В работе использовали 20 полое іельїх крыс-самцов массой 220-рий [10]. Дефицит магния сопровождается изменением риментальный материал был разделен на 2 группы: магния являются белки TRPM7, локализующиеся в плаз- В работе использовали 20 половозрелых нелинейматических мембранах клеток и мембранах митохонд- ных белых крыс-самцов массой 220-260 г. Весь экспе- Выпуск 3 (47). 2013 61 ЦозтпрВз ©шгіГ 1Щ£ 1 -я группа-контрольные животные (п = 10); 2-я группа-животные, находящиеся на магний-дефицитной диете в течение 8 недель (п = 10). Интактные животные (1-я группа) получали полноценную магнийсбалансированную диету, содержащую 0,84 г MgO (0,5 г элементарного магния) на 1 кг диеты и отстоянную воду (содержание магния 20 мг/л). В другой группе дефицит магния моделировался с помощью специальной диеты, аналогичной по составу полиминеральной смеси AIN-76 (MP Biomedical, США). Скорость и глубину развития гипомагнезиемии контролировали, определяя концентрацию магния в плазме и эритроцитах крови спектрофотометрическим методом по цветной реакции с титановым желтым (Sigma, США). При снижении концентрации магния ниже 1,4 ммоль/л в эритроцитах и ниже 0,7 ммоль/л в плазме считалось, что у животных развилась гипомагнезиемия средней тяжести. Для электронно-микроскопического исследования забор кусочков головного мозга производили из паравент-рикулярного и супраоптического ядер гипоталамуса; фиксацию производили в течение 12 часов в 4 % растворе параформа на 0,1 М какодилатном буфере с последующей постфиксацией в течение 2 часов в 1 % растворе тетраоксида осмия на 0,1М какодилатном буфере (pH = 7,4) при температуре +4 оС. После промывки в нескольких порциях раствора какодилатного буфера материал подвергали дегидратации в спиртах возрастающей концентрации, ацетоне и заливали в смесь эпона и арал-дита. Полутонкие эпон-аралдитовые срезы толщиной 1 мкм окрашивали метиленовой синью. Ультратонкие срезы монтировали на медные сетки. После контрастирования в 2,5%-м растворе уранилацетата на 50о этаноле в течение 40 минут и 0,3%-м растворе цитрата свинца в течение 20 минут срезы изучались в электронном микроскопе Tesla BS-500 при ускоряющем напряжении 60 кВ. Фотодокументирование проводили с использованием фотопластинок «Для ядерных исследований». РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ При электронно-микроскопическом исследовании паравентрикулярного и супраоптического ядер гипоталамуса у контрольных животных в подавляющем большинстве ядер крупных нейросекреторных клеток отмечалось преобладание эухроматина. В ядрах некоторых нейронов наблюдались небольшие скопления свободного гетерохроматина в периферических отделах кариоплазмы, а также гетерохроматина, локализованного в виде глыбок у внутренней мембраны ядерной оболочки. В цитоплазме нейронов цистерны гранулярной эн-доплазматической сети (ГЭПС) выражены хорошо, располагались в непосредственной близости от перинук-леарной зоны. Отмечалось большое количество свободных полисом и рибосом. Встречались мелкие цитоплазматические вакуоли с содержимым низкой электронной плотности. Ультраструктурные элементы комплекса Гольджи хорошо развиты, расположены в пери-нуклеарной зоне. В цитоплазме перикарионов нейро нов и астроцитов наблюдалось обилие митохондрий округлой и несколько вытянутой овальной формы. Их количество увеличивалось в периферических отделах перикариона. В нейропиле преобладали безмиелиновые нервные волокна, представленные поперечно срезанными профилями дендритов и безмиелиновых аксонов, при этом определялось не менее 30 % миелинизиро-ванных нервных волокон с хорошо выраженной оболочкой. В нейропиле визуализировалось значительное количество аксодендритических синапсов в непосредственной близости от перикарионов нейронов, а также аксосоматических синапсов, представленных синапсами симметричного типа по Грею, содержащих множество мембранных везикул с содержимым низкой и умеренной электронной плотности диаметром около 100 нм в пресинаптических частях. При электронно-микроскопическом исследовании паравентрикулярного и супраоптического ядер гипоталамуса (рис. 1, 2) у животных с моделируемым дефицитом магния в отдельных нейронах в ядрах обнаруживались очаговые расширения перинуклеарного пространства небольшие очаги разрушения наружной ядерной мембраны. Рис. 1. Ультраструктура паравентрикулярного ядра при дефиците магния. Уменьшение количества и набухание митохондрий в цитоплазме нейрона, слабовыраженная миелинизация отростков в нейропиле. Ув. х 4200 Г * \JV ’ Ч I"; * -■ - .... ‘. . , о -і *7. > ? - - , t % * • ■» 1 v-' • • * '"r \r'. ; Y;;v . ? ~ л - * - - • ■ " • ' ■' ' V * * » ' ' ■ * Рис. 2. Ультраструктура супраоптического ядра при дефиците магния. Деформация ядра, вакуолизация цитоплазмы нейрона. Ув. х 11500 62 Выпуск 3 (47). 2013 В цитоплазме перикарионов таких нейронов отмечено снижение электронной плотности гиалоплазмы за счет внутриклеточного отека, накоплением вакуолей неправильной округлой формы с электронно-прозрачным содержимым в перинуклеарной зоне, а также уменьшение количества митохондрий, элементов ГЭПС, при сохранности свободных рибосом и полисом. В непосредственной близости от мембран клеток в цитоплазме перикарионов увеличивалось количество электронно-плотных вакуолей, от-шнурованных от комплекса Гольджи. Митохондрии в цитоплазме перикарионов отличались полиморфизмом, встречались мегамитохондрии округлой формы диаметром до 300 нм, наблюдался очаговый лизис крист и очаговое накопление электронно-плотных депозитов в матриксе. В некоторых нейроцитах отмечалось разрушение мембран митохондрий с выходом содержимого матрикса в цитоплазму, перифокальными скоплениями вакуолей с электронно-плотным содержимым (фаголизосом). Наблюдалось относительное уменьшение количества аксо-дендритических синапсов в непосредственной близости от перикарионов нейронов. Эти синапсы имели асимметричный тип по Грею, с нечетко выраженной синаптической щелью, участками слияния пре- и постсинаптической мембран, неравномерным накоплением синаптических пузырьков с умеренным и слабо выраженным электронноплотным содержимым. В нейропиле также отмечалось относительное увеличение числа аксо-соматических синапсов, представленных синапсами асимметричного типа по Грею, содержащих множество мембранных везикул с содержимым умеренной и высокой электронной плотности диаметром около 80-100 нм в пресинап-тических и постсинаптической частях. Обнаруженные ультраструктурные преобразования аксо-соматических и аксо-дендритических синапсов при дефиците магния согласуются с данными о важной роли катионов магния в регуляции нейропластичности, установленными при иммуногисто-химическом исследовании экспрессии синаптофи-зина и синаптобревина в зубчатой извилине гиппокампа [4]. Многие аксоны имели небольшой диаметр, были покрыты истонченной миелиновой оболочкой с участками разрыхления, очаговым расслоением ламелл. Обнаруживались очаговые просветления аксоплаз-мы, внутриаксоплазматический отек, скопления везикул с содержимым умеренной электронной плотности, а также признаки повреждения митохондрий, аналогичные тем, что наблюдались в цитоплазме перикарионов нейронов. В некоторых отделах нейропиля отмечался выраженный периаксональный отек, разрушение мембран отростков нейронов с накоплением лизосом и фаголизосом. Миелиновая оболочка в большей ча сти волокон была разрыхлена, отмечалось увеличение расстояния между ламеллами. В безмиелино-вых волокнах также отмечались явления вакуолизации аксоплазмы. Обнаруженные ультраструктурные преобразования в гипоталамусе согласуются с данными о развитии дистрофических изменений в нейросекреторных клетках гипоталамо-нейрогипофизарной системы при моделировании дефицита магния, вызванного избыточным введением альдостерона [9]. Выявленные стереотипные изменения митохондрий в нейронах и их отростках, астроцитах свидетельствуют о повреждении энергетического аппарата как нейроцитов, так и глиальных клеток при дефиците магния. Подобные изменения могут быть связаны с мозаичным усилением цитоплазматической экспрессии TRPM7 митохондриальных мембран в части нейросекреторных клеток гипоталамических ядер на фоне возрастания количества иммунонегативных нейронов [2]. ЗАКЛЮЧЕНИЕ В условиях алиментарного дефицита магния, моделируемого у крыс в течение 8 недель, электронномикроскопическое исследование крупноклеточных ядер гипоталамуса выявило ряд ультраструктурных изменений нейронов, их отростков, глиоцитов, заключающихся в преобладании обратимых повреждений энергетического и белково-синтетического аппаратов, нарушении процессов синтеза и усилении распада мие-линовых оболочек аксонов Выявленные изменения отражают участие магния в модуляции синаптической пластичности, процессов клеточного роста, белкового синтеза, а также других внутриклеточных метаболических реакций в нейросекреторных клетках крупноклеточных ядер гипоталамуса, принимающих участие в регуляции водно-электролитного баланса.

About the authors

A. V. Smirnov

O. Y. Evsiukov

Email: evs-ol@mail.ru

M. V. Shmidt

P. A. Khloponin

G. L. Snigur

A. A. Spasov

M. V. Kharitonova

A. A. Zheltova

References

Supplementary files