GFAP-IMMUNOPOSITIVE CELLS AMONG EPENDYMOCYTES OF THE THIRD VENTRICLE OF THE RAT BRAIN

Abstract


The aim of the article. The article is devoted to distribution of intermediate filament protein GFAP in ependymocytes lining the third ventricle of rat brain. Materials and Methods. The study was performed on adult male Wistar rats (n=20) , GFAP immunopositive cells were detected by immunocytoche mical reaction. Results. The study demonstrated that in rat brain GFAP is one of cytoskeleton components of the majority of ependymal cells of the third ventricle adjacent to the habenula nuclei and paraventricular nucleus of the thalamus. Conclusion. It was shown that differentiated neurons with set of markers which are not characteristic for mature neurons are present in this region. Thus, the habenula area along with ependymal layer covering it are a special zone that can be considered as possible reserve proliferative zone of the diencephalon.

Full Text

Введение. Длительное время считалось, что белок промежуточных -иламентов GFAP (glial fibrillary acidic protein), характерный только для зрелых астроцитов, отсутствует в других клетках мозга. Однако с открытием нейральных стволовых клеток (НСК) [1, 2] выя снилось, что именно этот белок экспрессируется в НСК [3] и в насто щее врем рассматриваетс в качестве одного из маркеров этих к леток [4]. В головном мозге половозрелых крыс НСК сосредоточены в особых нейрогенных нишах, в которых они поддерживаются в различных -ункциональных состояниях: покоя, проли-ерации и ди--ерен-цировки. В -ормировании нейрогенной ниши принимают участие различные типы клеток: сами НСК ( называемые также нейрогенными астроцитами или клетками типа В), клетки-предшественники (называемые также промежуточными прогениторными клетками или клетками типа С), их потомки нейро- и глиобласты, ди--еренцированные астроциты, клетки эпендимы, микроглия и эндотелий кровеносных сосудов [5]. На сегодня шний день общепризнанным является наличие двух основных нейрогенных зон в головном мозге взрослых млекопитающих. Это - субвентрикулярная зона (СВЗ) латеральных желудочков и субгранул ярная зона (СГЗ) зубчатой извилины гиппокампа. В субвентрикулярной зоне НСК сохраняют свойства, присущие эмбриональным клеткам - радиальным глиоцитам. Это сходство касается как структурных, так и -ункциональных их особенностей. К структурным особенност м относ тс выраженная биполярность клеток и наличие одной реснички на поверхности клетки, обращенной в полость желудочка. Короткий апикальный отросток с ресничкой контактирует с цереброспинальной жидкостью (ликвором), а длинный базальный отросток клеток контактирует с близлежащими капиллярами [6-8]. К функциональным особенностям относится перемещение ядра клетки в течение клеточного цикла, которое осу-ществл етс так, что к моменту митотического делени дра клеток располагаютс всегда в их апикальной части, рядом с полостью желудочка. Расположение НСК вдоль стенки желудочка носит строго упор доченный характер. Вокруг каждого апикального отростка НСК клетки эпендимы формируют розеткоподобные (сотоподобные) комплексы, которые получили название пролиферативных единиц или «колеса со спицами» (pinwheel) [9]. Помимо НСК субвентрикулярной зоны, сходное строение с радиальными гл иоцитами имеют и специализированные клетки эпендимы - тани-циты. Танициты - биполярные клетки с длинным базальным отростком - выстилают дно III желудочка в области вентрального гипоталамуса. В настоящее время установлено, что во всех типах таницитов, как и в нейрогенных астроцитах, присутствует белок промежуточных филаментов GFAP [10], тогда как для типичных эпендимо-цитов характерно присутствие другого белка промежуточных филаментов - виментина [11]. При этом остаетс открытым вопрос о распространенности клеток, экспрессирующих GFAP в составе виментин-иммунопозитивной эпендимной выстилки желудочков. Цель исследования: выявление GFAPиммунопозитивных клеток в составе эпендимы III желудочка головного мозга крысы и определение их структурных особенностей. Методика исследования. Исследовали головной мозг половозрелых крыс-самцов линии Вистар (n =20). Во всех экспериментах при эвтаназии крыс соблюдали международные правила Хельсинкской декларации о гуманном обращении с животными и «Правила проведе-ни работ с использованием экспериментальных животных» (приказ № 755 МЗ СССР от 12.08.1977 г.). Полученный от животных материал фиксировали в цинк-этанол-формальдегиде по методике Коржевского и соавт. [12]. Обезвоженные объекты заливали в парафин по об-щеприн той методике. Из полученных парафиновых блоков готовили срезы толщиной 5 мкм с использованием ротационного микротома Lei-ca RM 2125RT (Leica, Германи ). Морфологическому исследованию подвергали фронтальные срезы конечного мозга, соответствующие уровню стереотаксических координат 2,84+0,08 мм по отношению к брегме согласно анатомическому атласу [13]. Иммуногистохимическое окрашивание проводили с использованием мышиных моноклональных антител к глиальному фибрилл рно-му кислому белку (GFAP) (клон SPM507) в разведении 1:100 (Sping Bioscience, США). После стандартной процедуры депарафиниро-вани и регидратации срезы подвергали тепловому демаскированию с последующим блокированием эндогенной пероксидазы. В качестве вторичного реагента был использован набор EnVision+System Labelled Polymer-HRP-Anti-Mouse (Dako, Дания). Для визуализации продукта реакции применяли хромоген 3'3-диами-нобензидин из набора DAB+ (Dako, Дания). После проведени реакции часть срезов подкрашивали гематоксилином Джилла. Полученные препараты анализировали с помощью светового микроскопа Leica DM750 (Германи ) и фотографировали с помощью фотокамеры ICC50 (Leica, Германия). Для обработки изображений использовали программу LAS EZ (Leica, Гер-мани ). Результаты исследования. После проведения иммуноцитохимической реакции на GFAP иммунопозитивными были астроциты, отдельные клетки в составе эпендимной выстилки желудочков и танициты. Среди иммунопозитивных клеток эпендимы выделялись клетки с интенсивной и умеренно выраженной реакцией на GFAP. В основном эпендиму III желудочка составляли иммунонегативные клетки. Соотношение иммунопозитивных и иммунонегативных клеток отличалось в разных отделах III желудочка. Первый из рассматриваемых нами отделов III желудочка был расположен в центральной части среза в области таламического ядра (рис. 1, а). С латеральных сторон к эпендиме этого отдела прилегали медиальные части ядер поводка (nucl. habenulae medialis), с вентральной - паравентрикулярное ядро таламуса (nucl. paraventricularis thalami) (рис. 1, б). Рис. 1. Схематическое изображение фронтального среза головного мозга крысы, соответствующее уровню стереотаксических координат 2,84@0,08 мм по отношению к брегме согласно анатомическому атласу: а - общий вид; б - отдел III желудочка в области таламического я дра; в - отдел III желудочка в области гипоталамуса. III - третий желудочек, МЯП - медиальная часть я дра поводка (nucl. habenulae medialis); ПВЯТ - паравентрикулярное я дро таламуса (nucl. paraventricularis thalami); ПВЯГ - перивентрикулярное ядро гипоталамуса (nucl. peri-ventricularis hypothalami); ВМЯГ - вентромедиальное ядро гипоталамуса (nucl. ventromedialis hypothalami); 1 и 2 - первый и второй отделы III желудочка; эп - эпендимоциты, тан - танициты; горизонтальная черта условно разделяет выстилку III желудочка на эпендимоциты и танициты; черным закрашены клетки, экспрессирующие GFAP; звездочкой отмечена полость желудочка. Большинство эпендимоцитов, выстилавших этот отдел желудочка, были иммунопозитивными. В верхних участках эпендимы, покрывающей медиальную часть поводка в GFAP иммунопозитивных клетках, регистрировали умеренно-выраженную реакцию. Продукт реакции в этих клетках был локализован в перинуклеарной области цитоплазмы (см. рис. 2, а) . В нижних участках эпендимы - вы деля лись клетки как с интенсивной, так и с умеренно-выраженной реакцией на GFAP, а также единичные эпендимоциты, не содержавшие GFAP (рис. 2, б). Среди GFAP иммунопозитивных эпендимоцитов встречались клетки с хорошо выраженными базальными отростками, которые имели радиальное или горизонтальное направление. Радиальные отростки направлялись в глубину подлежащей нервной ткани и заканчивались, как правило, на поверхности кровеносных сосудов. Горизонтальные отростки изгибались у места отхож дения о т эпендимоцитов и проходили параллельно эпендиме в субэпендимном слое. В некоторых участках выстилки отростки астроци-тов проникали между эпендимоцитами и контактировали с цереброспинальной ж идко стью (см. рис. 2, б) . В эпендиме, прилежащей к паравентрикуярному я дру таламуса, встречались только безотростчатые эпендимоциты с интенсивной реакцией на GFAP. Рис. 2. Участок стенки III желудочка, прилежащий к медиальной части ядра поводка. Верхняя (а) и нижняя часть (б) эпендимы; звездочка - полость III желудочка: а - стрелками указаны GFAP иммунопозитивные эпендимоциты; А - отростки астроцитов в субэпендимной зоне; б - одиночными стрелками указаны отростки GFAP иммунопозитивных клеток, проникающие между эпендимоцитами и контактирующие с полостью желудочка; двойной стрелкой указан эпендимоцит, не содержащий GFAP; н - клетки с крупными округл ыми ядрами, не экспрессирующие гл иальные маркеры (нейроны). Иммуногистохимическая реакция на GFAP. Докраска ядер гематоксилином. Масштабный отрезок равен 20 мкм. В области гипоталамуса был расположен второй рассматриваемый нами отдел III желудочка, который имел щелевидную форму. Его выстилка состояла из двух типов клеток: эпендимоцитов и таницитов (рис. 1, в). В составе эпендимы, выстилающей III желудочек, прилежащей к перивентрикулярному ядру гипоталамуса (nucl. periventricularis hypothalami), в абсолютном большинстве к леток реакция на GFAP отсутствовала (рис. 3). Рис. 3. Участок стенки III желудочка, прилежащий к перивентрикулярному ядру гипоталамуса. Звездочкой отмечена полость III желудочка. Стрелкой указано ядро супраэпендимной клетки. Иммуногистохимическая реакция на GFAP. Докраска я дер гематоксилином. Масштабный отрезок равен 20 мкм. В верхнем участке этой зоны встречались единичные клетки со слабой р еакцией на GFAP. Иммунореактивность в этих клетках регистрировалась в перинуклеарной области цитоплазмы. Редко аналогичные единичные клетки встречались и в других частях эпендимы этого отдела желудочка. Обсуждение результатов. Несмотря на то, что иммуногистохимическая реакция на GFAP достаточно широко используется при проведении нейроморфологических исследований головного мозга человека и животных [14, 15], в настоящей работе впервые представлены данные о накоплении этого астроцитарного белка в различных участках эпендимы III желудочка головного мозга крысы и установлена их топография относительно субвентрикулярных структур. Оказалось, что у крысы GFAP является одним из компонентов цитоскелета большинства клеток эпендимы, прилежащих к ядрам поводка и паравентрикулярного ядра таламуса. В единичных клетках эпендимы, прилежащей к перивентрикул ярному ядру гипоталамуса, он также является обязательным компонентом цитоскелета. Большинство из описанных GFAP иммунопозитивных клеток, прилежащих к ядру поводка, могут быть определены по своим структурным особенност м как типичные эпендимоциты - клетки, имеющие кубовидную форму и большое овальное ядро. Однако среди них встречаются и нетипичные дл эпендимоцитов клетки с горизонтальными и радиальными отростками, которые направл ютс либо в субэпендимную зону, либо в нейропиль дра поводка, где образуют контакты с другими эпендимоцитами, астроцитами и поверхностью кровеносных сосудов, участву в формировании гематоликворного барьера. Клетки с похожими по направлению отростками были вы влены ранее в эпендиме латеральных желудочков в области субвентрикул рной пролиферативной зоны [16]. Обнаруженные эпендимоциты с радиальными отростками имеют структурное сходство с радиальными глиоцитами и таницитами. Возможно, именно эти клетки в определенных усло-ви х могут приобретать свойства прогениторных клеток [17, 18] и представл ть собой резервную попул цию НСК. В пользу данного предположения свидетельствуют и опубликованные данные об участии клеток эпендимы в восстановительных процессах после повреждений головного мозга [19, 20]. Область выстилки III желудочка в районе медиальной части дра поводка обращает на себ внимание не только потому, что там находя тся эпендимоциты, накапливающие GFAP, но и бла-годар присутствию в этом районе дифференцированных нейронов с не характерным дл зрелых нейронов набором маркеров. Нар ду с маркером зрелых нейронов NeuN [21, 22] в нейронах медиальной части дра поводка была отмечена также экспрессия маркеров НСК Msi-1 [23] и р-катенина [22]. Таким образом, полученные данные позволя -ют считать область поводка вместе с покрывающим ее эпендимным слоем особой зоной, в которой присутствуют одновременно несколько типов клеток, экспрессирующих молекулярные маркеры нейральных стволовых и прогениторных клеток, что свидетельствует о необходимости рассматривать эту область в качестве возможной резервной пролиферативной зоны промежуточного мозга.

About the authors

O V Kirik

Institute of Experimental Medicine

D A Sufieva

Institute of Experimental Medicine

References

  1. Gage F.H. Stem cells of the central nervous system // Curr. Opin. Neurobiol. 1998. Vol. 8, No 5. P. 671-676.
  2. Gage F.H. Mammalian neural stem cells // Science. 2000. Vol. 287, No 5457. P. 1433-1438.
  3. Doetsch F., Caillé I., Lim D.A., García-Verdugo J.M., Alvarez-Buylla A. Subventricular zone astrocytes are neural stem cells in the adult mammalian brain // Cell. 1999. Vol. 97, No 6. P. 703-716.
  4. Коржевский Д.Э. Нейрогенез и нейральные стволовые клетки // Медицинский академический журнал. 2010. Т. 10, № 4. С. 175-182. [Korzhevskii D.E., Neurogenesis and Neural Stem Cells // Med. Acad. J. 2010. Vol. 10, No 4. P. 175-182].
  5. Коржевский Д.Э., Кирик О.В. Гилерович Е.Г. Постнатальный нейрогенез: идентификация клеток и терминология // Морфология. 2013. Т. 144, № 4. С. 69-72. [Korzhevskii D.E., Kirik O.V., Gilerovich E.G. Postnatal Neurogenesis: Identification of Cells and Terminology // Morfologiia. 2013. Vol. 144, No 4. P. 69-72].
  6. Александрова М.А., Марей М.В. Стволовые клетки в мозгу млекопитающих и человека: фундаментальные и прикладные аспекты // Журнал высшей нервной деятельности. 2015. Т. 65, №3. С. 271-305. [Aleksandrova M.A., Marey M.V. Stem cells in Mammalian and Human Brain: Fundamental and Applied Aspects // I.P. Pavlov Journal of Higher Nervous Activity. 2015. Vol. 65, No 3. P. 271-305].
  7. Platel J.C., Bordey A. The multifaceted subventricular zone astrocyte: From a metabolic and pro-neurogenic role to acting as a neural stem cell // Neuroscience. 2016. Vol. 323. P. 20-28.
  8. Chaker Z., Codega P., Doetsch F. A mosaic world: puzzles revealed by adult neural stem cell heterogeneity // Wiley Interdiscip. Rev. Dev. Biol. 2016. Vol. 5, No 6. P. 640-658.
  9. Mirzadeh Z., Merkle F.T., Soriano-Navarro M., Garcia-Verdugo J.M., Alvarez-Buylla A. Neural stem cells confer unique pinwheel architecture to the ventricular surface in neurogenic regions of the adult brain // Cell Stem Cell. 2008. Vol. 3, No 3. P. 265-278.
  10. Суфиева Д.А., Кирик О.В., Алексеева О.С., Коржевский Д.Э. Белки промежуточных филаментов в таницитах третьего желудочка головного мозга крысы в постнатальном онтогенезе // Журнал эволюционной биохимии и физиологии. 2016. Т. 52, № 6. С. 436-443. [Sufieva D.A., Kirik O.V., Alekseeva O.S., Korzhevskii D.E. Intermediate Filament Proteins in Tanycytes of the Third Cerebral Ventricle in Rats during Postnatal Ontogenesis // J. Evol. Biochem. Physiol. 2016. Vol. 52, No 6. P. 436-443].
  11. Кирик О.В., Коржевский Д.Э. Виментин в клетках эпендимы и субвентрикулярной пролиферативной зоны конечного мозга крысы // Клеточные технологии в биологии и медицине. 2012. № 4. С. 210-214. [Kirik O.V., Korzhevskii D.E. Vimentin in Ependymal and Subventricular Proliferative Zone Cells of Rat Telencephalon // Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2013. Vol. 154, I. 4. P. 553-557].
  12. Korzhevskii D.E., Sukhorukova E.G., Kirik O.V., Grigorev I.P. Immunohistochemical demonstration of specific antigens in the human brain fixed in zinc-ethanol-formaldehyde // Eur. J. Histochem. 2015 Vol. 59, No 3. P. 233-237.
  13. Paxinos G., Watson Ch. The Rat Brain in Stereotaxic Coordinates. 4th еd. San Diego: Acad. Press, 1998. 474 p.
  14. Коржевский Д.Э., Сухорукова Е.Г., Кирик О.В., Алексеева О.С. Астроциты субвентрикулярной зоны конечного мозга // Морфология. 2011. Т. 140, № 6. С. 32-35. [Korzhevskiy D.E., Sukhorukova Ye.G., Kirik O.V., Alekseyeva O.S. Astrocytes of the Subventricular Zone of the Telencephalon // Morfologiia. 2011. Vol. 140, No 6. P. 32-35].
  15. Коржевский Д.Э., Гилерович Е.Г., Кирик О.В., Григорьев И.П., Сухорукова Е.Г., Алексеева О.С., Колос Е.А., Гусельникова В.В., Карпенко М.Н., Безнин Г.В. Иммуногистохимическое исследование головного мозга / под ред. Д.Э. Коржевского. СПб.: СпецЛит, 2016. 143 с. [Korzhevskii D.E., Gilerovich E.G., Kirik O.V., Grigor’ev I.P., Sukhorukova E.G., Beznin G.V. Immunocytochemical Investigation of the Brain / ed. by D.E. Korzhevskii. St. Pеtersburg: SpecLit, 2016. 143 p].
  16. Кирик О.В., Суфиева Д.А., Назаренкова А.В., Коржевский Д.Э. Структурная организация отростков эпендимоцитов, образующих выстилку боковых желудочков головного мозга // Морфология. 2015. Т. 147, № 3. С. 17-21. [Kirik O.V., Korzhevskii D.E., Sufieva D.A., Nazarenkova A.V. Structural Organization of the Processes of Ependymocytes Paving the Lateral Ventricles of the Brain // Neuroscience and Behavioral Physiology. 2016. Vol. 46, No 3. P. 279-283].
  17. Кирик О.В., Власов Т.Д., Коржевский Д.Э. Маркеры нейральных стволовых клеток нестин и Musashi-1 в клетках конечного мозга после транзиторной фокальной ишемии // Морфология. 2012. Т. 142, № 4. С. 19-24. [Kirik O.V., Vlasov T.D., Korzhevskii D.E. Neural Stem Cells Markers Nestin and Musashi-1 in Rat Telencephalon Cells after Transient Focal Ischemia // Neuroscience and Behavioral Physiology. 2013. Vol. 143, I. 5. P. 587-591.]
  18. Коржевский Д.Э., Кирик О.В., Алексеева О.С. Экспрессия нестина в клетках эпендимы боковых желудочков головного мозга крысы при старении // Морфология. 2014. Т. 146, № 5. С. 70-72. [Korzhevskii D.E., Kirik O.V., Alekseeva O.S. Nestin Expression in the Ependymal Cells of the Lateral Ventricles of the Rat Brain during Aging // Neuroscience and Behavioral Physiology. 2015. Vol. 45, I. 8. P. 882-883].
  19. Carlén M., Meletis K., Göritz C., Darsalia V., Evergren E., Tanigaki K., Amendola M., Barnabé-Heider F., Yeung M.S., Naldini L., Honjo T., Kokaia Z., Shupliakov O., Cassidy R.M., Lindvall O., Frisén J. Forebrain ependymal cells are Notch-dependent and generate neuroblasts and astrocytes after stroke // Nat. Neurosci. 2009. Vol. 12, No 3. P. 259-267.
  20. Danilov A.I., Kokaia Z., Lindvall O. Ectopic ependymal cells in striatum accompany neurogenesis in a rat model of stroke // Neoroscience. 2012. Vol. 214. P. 159-170.
  21. Гусельникова В.В., Коржевский Д.Э. NeuN нейрональный ядерный антиген и маркер дифференцировки нервных клеток // Acta Naturae. 2015. Т. 7, № 2 (25). С. 46-51. Gusel’nikova V.V., Korzhevskiy D.E. NeuN as a Neuronal Nuclear Antigen and Neuron Differentiation Marker // Acta Naturae. 2015. Vol. 7, No 2 (25). P. 42-47].
  22. Назаренкова А.В., Кирик О.В., Коржевский Д.Э. Белок межклеточных контактов бета-катенин в нейронах поводка головного мозга крысы // Морфология. 2016. Т. 150, № 5. С. 63-65. [Nazarenkova A.V., Kirik O.V., Korzhevskii D.E. Intercellular Junction Protein beta-catenin in Neurons of the Rat Brain Habenula // Morfologiia. 2016. Vol. 150, No 5. P. 63-65].
  23. Кирик О.В., Алексеева О.С., Коржевский Д.Э. Экспрессия маркера нейральных стволовых клеток Msi-1 в конечном мозгу крысы // Морфология. 2011. Т. 139, № 2. С. 77-79. [Kirik O.V., Alekseeva O.S., Korzhevskii D.E. Expression of the Neural Stem Cell Marker Msi-1 in the Rat Telencephalon // Neuroscience and Behavioral Physiology. 2012. Vol. 42, No 6. P. 617-619].

Statistics

Views

Abstract - 61

PDF (Russian) - 2

Cited-By


PlumX

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2017 Kirik O.V., Sufieva D.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies