Хроматолиз - Chromatolysis

На этом рисунке нормальный нейрон сравнивается с тем, который подвергается хроматолизу после повреждения аксона. Может произойти регенерация после травмы аксона.

Хроматолиз это роспуск Тела Nissl в теле клетки нейрона. Это индуцированный ответ клетки, обычно вызываемый аксотомия, ишемия, токсичность для клетки, истощение клеток, вирусные инфекции, и спячка у низших позвоночных. Восстановление нейронов путем регенерации может происходить после хроматолиза, но чаще всего это предшественник апоптоз. Событие хроматолиза также характеризуется заметной миграцией ядра к периферии клетки и увеличением размера ядрышко, ядро ​​и тело клетки.[1] Термин «хроматолиз» первоначально использовался в 1940-х годах для описания наблюдаемой формы гибели клеток, характеризующейся постепенным распадом ядерных компонентов; процесс, который сейчас называется апоптозом.[2] Хроматолиз все еще используется как термин для обозначения конкретного апоптотического процесса в нейрональных клетках, при котором вещество Ниссля распадается.

История

В 1885 г. исследователь Вальтер Флемминг описал умирающие клетки в дегенерирующих млекопитающее фолликулы яичников. В клетках наблюдались различные стадии пикнотический хроматин. Эти этапы включали конденсация хроматина, который Флемминг описал как «полумесяц», имеющий форму «хроматиновых шариков» или структур, напоминающих большие, гладкие и круглые электронно-плотные массы хроматина. Другие стадии включали фракционирование клеток на более мелкие тела. Флемминг назвал этот дегенеративный процесс «хроматолизом», чтобы описать постепенный распад ядерных компонентов. Процесс, который он описал сейчас, соответствует относительно новому термину апоптоз для описания смерть клетки.[2]

Примерно в то же время, когда проводились исследования Флемминга, хроматолиз изучали и у кормящих молочные железы И в рак молочной железы клетки. Наблюдая за регрессией фолликулов яичников у млекопитающих, было доказано, что существует необходимый клеточный процесс, уравновешивающий пролиферацию клеток путем митоза. В то время было предложено, чтобы хроматолиз играл главную роль в этом физиологическом процессе. Считалось также, что хроматолиз отвечает за необходимое удаление клеток в различных органах во время развития. Опять же, эти расширенные определения хроматолиза согласуются с тем, что мы сейчас называем апоптозом.

В 1952 году исследования подтвердили роль хроматолиза в изменении физиологии клеток во время процессов гибели клеток в процессе развития эмбриона. Также было отмечено, что целостность митохондрии сохраняется во время хроматолиза.

К 1970-м годам были выявлены консервативные структурные особенности хроматолиза. Постоянные признаки хроматолиза включали конденсацию цитоплазмы и хроматина, сжатие клеток, образование «хроматиновых шариков», нормальное состояние интактных клеток. органеллы и фрагментация клеток, наблюдаемая по почкованию фрагментов, заключенных в клеточной мембране. Эти почкующиеся фрагменты были названы «апоптотическими тельцами», таким образом получив название «апоптоз» для описания этой формы гибели клеток. Авторы этих исследований, скорее всего, незнакомые с более ранними публикациями по хроматолизу, по существу описывали апоптоз как процесс, идентичный хроматолизу.[2]

Виды хроматолиза

Микрофотография переднего рога спинного мозга с большим увеличением, показывающая мотонейроны с центральным хроматолизом, визуализированные с помощью окрашивания гематоксилином и эозином. Хроматолитические клетки на изображении - это те, которые кажутся раздутыми и не имеют темно-пурпурного вещества внутри.

Центральный хроматолиз

Центральный хроматолиз является наиболее распространенной формой хроматолиза и характеризуется потерей или рассеянием телец Ниссля, начиная с ядра в центре нейрона, а затем распространяясь периферически по направлению к плазматической мембране. Также характерным для центрального хроматолиза является смещение ядро к периферии перикарион.[3][4][5] Другие клеточные изменения наблюдаются в процессе центрального хроматолиза. Процесс растворения Ниссля менее очевиден по направлению к периферии тела клетки нейрона, где могут присутствовать нормально выглядящие тельца Ниссля.[1] Гиперплазия из нейрофиламенты наблюдается часто, однако степень варьируется. Количество аутофагических вакуолей и лизосомных структур часто увеличивается во время центрального хроматолиза. Изменения также могут происходить в других органеллах, таких как аппарат Гольджи и нейротрубочки. Однако точное значение этих изменений в настоящее время неизвестно. В нейронах, подвергающихся перерезке аксонов, центральный хроматолиз наблюдается в области между ядром и аксональный бугорок следующий.......[6]

Периферический хроматолиз

Периферический хроматолиз встречается гораздо реже, но сообщается, что он происходит после аксотомии и ишемия у определенных видов. Периферический хроматолиз по существу является противоположностью центрального хроматолиза, при котором распад телец Ниссля начинается на периферии нейрона и распространяется внутрь к ядру клетки. Периферический хроматолиз наблюдается при хроматолизе, индуцированном литием, и это может быть полезно для исследования и противодействия гипотезе о том, что волны ферментативной активности всегда распространяются от перинуклеарной области или области, расположенной вокруг ядра, к периферии клетки.[7]

Причины

Изображение аксотомированного позвоночника двигательный нейрон с телами Ниссля и липофусцин. Розовые структуры - это тельца Ниссля, а синие и желтые структуры - гранулы липофусцина. При хроматолизе мотонейронов эти розовые структуры растворяются.[8]

Аксотомия

Когда аксон При повреждении нейрон реагирует, обеспечивая повышенную метаболическую активность, необходимую для регенерации аксона. Часть этой реакции включает структурные изменения, вызванные событием хроматолиза.[9] Увеличение ядерных компонентов из-за аксотомии можно объяснить изменением клеточного строения. цитоскелет. Цитоскелет поддерживает ядерные компоненты клетки и размер тела клетки в нейронах. Увеличение количества белка в нейроне приводит к этому изменению цитоскелета. Например, наблюдается увеличение фосфорилированного нейрофиламент белки и компоненты цитоскелета, тубулин и актин, в нейронах, подвергающихся хроматолизу.[4] Увеличение белка можно объяснить увеличением размера цитоскелета. Изменения в цитоскелете клеточного тела, по-видимому, ответственны за усиление ядерного эксцентриситета после повреждения аксонов.[1][3]

Одна из гипотез, лежащая в основе возникновения хроматолиза после аксотомии, заключается в том, что укорочение аксона предотвращает включение аксонального цитоскелета, который формируется в поврежденном нейроне. Эксцентриситет ядра можно объяснить наличием избыточного аксонального цитоскелета между ядром и бугорком аксона, который вызывает хроматолиз. Вторая гипотеза предполагает, что блокирование белков аксонального цитоскелета вызывает хроматолиз.[8]

Аксотомия также вызывает потерю базофильный окрашивание в случае центрального хроматолиза нейрональной клетки. Утрата окраски начинается вблизи ядра и распространяется к бугорку аксона. Базофильный ободок образуется, когда хроматолиз сжимает цитоплазматический скелет.[8]

Отравление акриламидом

Было показано, что интоксикация акриламидом является фактором, вызывающим хроматолиз. В одном исследовании группам крыс вводили акриламид на 3, 6 и 12 дней и на A- и B-клетки перикария их L5 ганглий дорзального корня были обследованы. Морфологических изменений в перикарионе В-клеток не наблюдалось, однако перикария А-клеток демонстрировала хроматолиз у 11% и 23% популяции в группах 6 и 12 дней соответственно. Для целей исследования А-клетки были определены как нейроны ганглиев, чьи ядрышко был большим и располагался в центре ядра, в то время как В-клетки имели множество ядрышек, распределенных по периферии ядра. Акриламидная интоксикация гистологически и механически напоминает нервную аксотомию. В каждом случае нейрон подвергается хроматолизу и атрофия тела клетки и аксона. Также оба кажутся механически связанными с нарушением доставки нейрофиламентов к аксону из-за снижения транспорта трофического фактора от аксона к телу клетки.[10]

Литий

Воздействие на литий также использовался как метод индукции хроматолиза у крыс. Исследование включало инъекцию больших доз хлорида лития самкам крыс Lewis в течение нескольких дней. Исследование ганглиев тройничного нерва и задних корешков выявило в этих клетках периферический хроматолиз. Клетки демонстрируют уменьшенное количество телец Ниссля по всей клетке, особенно в периферической цитоплазме, где тельца Ниссля полностью отсутствуют. Использование лития в качестве метода индукции периферического хроматолиза может быть полезным для будущих исследований хроматолиза из-за его простоты и того факта, что он не вызывает смещения ядра.[7]

Сопутствующие заболевания

Боковой амиотрофический склероз (БАС)

Центральный хроматолиз наблюдается в позвоночнике. передний рог и мотонейроны пациентов с боковой амиотрофический склероз (БАС).[11] У пациентов с БАС обнаруживаются значительные изменения, происходящие в хроматолизированных нейрональных клетках.[12][13] Эти изменения включают плотные конгломераты агрегированных темных митохондрий и пресинаптические везикулы, пучки нейрофиламенты, и заметное увеличение пресинаптических пузырьков. Также наблюдались изменения функции моторных нейронов. Наиболее типичным функциональным изменением хроматолитических мотонейронов является значительное уменьшение размера моносинаптического возбуждающие постсинаптические потенциалы (EPSP). Эти моносинаптические ВПСП также, по-видимому, пролонгированы в хроматолизированных клетках пациентов с БАС. Это функциональное изменение нейронов переднего рога может привести к устранению определенных возбуждающих синаптических входов и, таким образом, вызвать клиническое нарушение моторной функции, характерное для болезни БАС.[13]

Болезнь Альцгеймера и болезнь Пика

Болезнь Альцгеймера является основным нейродегенеративный заболевание, сопровождающееся отмиранием нейронов и синапсов. Хроматолиз наблюдается в нейронах пациентов с болезнью Альцгеймера, часто как предвестник апоптоза. Хроматолитические клетки также наблюдались при патологически подобном заболевании, известном как Болезнь Пика.[14] Самые последние исследования наблюдали хроматолиз в клетках крыс, подвергшихся отравлению медью или алюминием, которые, как предполагается, участвуют в патогенезе болезни Альцгеймера.[15][16]

Идиопатический нейрональный хроматолиз ствола головного мозга

Тяжелый нейрональный хроматолиз был обнаружен в стволах мозга взрослого крупного рогатого скота с нейродегенеративным состоянием, известным как идиопатический нейрональный хроматолиз ствола головного мозга (IBNC). Симптомы IBNC у крупного рогатого скота клинически сходны с симптомами, характеризующимися: губчатая энцефалопатия, иначе известное как коровье бешенство. Эти симптомы включали тремор, нарушение координации движений мышц, беспокойство и потерю веса.[17] На клеточном уровне IBNC отмечен дегенерацией нейронов и аксонов внутри мозговой ствол и черепные нервы. Заболевание также имеет значительную корреляцию с ненормальной маркировкой для прионный белок (ПрП) в мозгу. IBNC характеризуется тяжелой нейрональной, аксональный, и деградация миелина, сопровождающиеся неподдерживающим воспалением и изменениями губчатой ​​формы различных участков серого вещества. Также наблюдалась значительная потеря нейронов из-за дегенерации гиппокампа. Вырожденные нейроны хроматолиза редко обнаруживали внутрицитоплазматическое мечение PrP.[18]

Алкогольная энцефалопатия

Сообщалось о хроматолизе у пациентов с алкогольной энцефалопатией. Центральный хроматолиз наблюдался в основном среди нейронов ствола мозга, особенно в ядрах моста и зубчатых ядрах мозжечка. Также были поражены ядра черепных нервов, дугообразные ядра и клетки заднего рога. Исследования пациентов с алкогольной энцефалопатией свидетельствуют о центральном хроматолизе. От легкой до тяжелой дегенерации треков спинного мозга наблюдалась у пациентов с Болезнь Марчиафавы – Бигнами и Синдром Вернике – Корсакова, обе формы энцефалопатии связаны с алкоголем.[19]

Будущие исследования

Механизмы и сигналы хроматолиза были впервые глубоко исследованы в 1960-х годах и до сих пор заслуживают дальнейшего изучения.[9][20] Ясно, что аксотомия является одним из самых прямых индукторов хроматолиза, и если дальнейшие исследования будут направлены на выяснение конкретных путей, которые связывают повреждение аксонов с хроматолизом, тогда можно будет разработать потенциальные методы лечения для остановки хроматолитического ответа нейронов и уменьшения вредных эффектов. дегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера и БАС.[20]

Рекомендации

  1. ^ а б c Gersh, I .; Ибодиан, Д. (1943). «Некоторые химические механизмы в хроматолизе». Журнал клеточной и сравнительной физиологии. 21: 253–279. Дои:10.1002 / jcp.1030210305.
  2. ^ а б c Стойка, Богдан; Фаден, Алан (2010). «Запрограммированные механизмы гибели нейронных клеток при повреждении ЦНС». Острая нейрональная травма. 4: 169–200. Дои:10.1007/978-0-387-73226-8_12.
  3. ^ а б Рис, Э. (1971). «Смещение ядрышка при хроматолизе. Количественное исследование подъязычного ядра скорости». Дж. Анат. 110 (Pt 3): 463–475. ЧВК  1271057. PMID  5147307.
  4. ^ а б Goldstein, ME; Купер, HS; Брюс, Дж; Карден, MJ; Ли, ВМ; Шлепфер, WW (1987). «Фосфорилирование белков нейрофиламентов и хроматолиз после перерезки седалищного нерва крысы». Журнал неврологии. 7 (5): 1586–94. Дои:10.1523 / JNEUROSCI.07-05-01586.1987. PMID  3106591.
  5. ^ Чен, Д.Х. (1978). «Качественное и количественное исследование синаптического смещения в хроматолизированных мотонейронах позвоночника кошки». Журнал сравнительной неврологии. 177 (4): 635–64. Дои:10.1002 / cne.901770407. PMID  624794.
  6. ^ Торвик, А. (1976). «Центральный хроматолиз и аксонная реакция: переоценка». Невропатология и прикладная нейробиология. 2: 423–432. Дои:10.1111 / j.1365-2990.1976.tb00516.x.
  7. ^ а б Левин, Сеймур; Зальцман, Артур; Кумар, Асок Р. (2004). «Метод периферического хроматолиза в нейронах тройничного и дорсального ганглиев, продуцируемый литием у крыс». Журнал методов неврологии. 132: 1–7. Дои:10.1016 / j.jneumeth.2003.07.001. PMID  14687669.
  8. ^ а б c Макилвейн, Дэвид; Хок, Виктория (2005). «Роль цитоскелета в увеличении тела клетки, повышенном ядерном эксцентриситете и хроматолизе в аксотомированных моторных нейронах спинного мозга». BMC Neuroscience. 6: 16. Дои:10.1186/1471-2202-6-19. ЧВК  1079867. PMID  15774011.
  9. ^ а б Крэгг, Б.Г. (1970). «Какой сигнал для хроматолиза?». Исследование мозга. 23 (1): 21. Дои:10.1016/0006-8993(70)90345-8. PMID  4919474.
  10. ^ Тандруп, Т. (2002). «Хроматолиз A-клеток ганглиев задних корешков является первичным структурным событием при острой интоксикации акриламидом». Журнал нейроцитологии. 31: 73–78.
  11. ^ Мартин, LJ (1999). «Смерть нейронов при боковом амиотрофическом склерозе - это апоптоз: возможный вклад механизма запрограммированной гибели клеток». Журнал невропатологии и экспериментальной неврологии. 58 (5): 459–71. Дои:10.1097/00005072-199905000-00005. PMID  10331434.
  12. ^ Кусака, H; Имаи, Т; Хашимото, S; Ямамото, Т; Майя, К; Ямасаки, М. (1988). «Ультраструктурное исследование хроматолитических нейронов во взрослом спорадическом случае бокового амиотрофического склероза». Acta Neuropathologica. 75 (5): 523–528. Дои:10.1007 / BF00687142.
  13. ^ а б Сасаки, Шоичи; Ивата, Макото (1996). «Ультраструктурное исследование синапсов нейронов переднего рога больных боковым амиотрофическим склерозом». Письма о неврологии. 204: 53–56. Дои:10.1016/0304-3940(96)12314-4. PMID  8929976.
  14. ^ Ульрих, Дж; Пробст, А; Ланги, D; Андертон, Британская Колумбия; Брион, JP (1987). «Цитоскелетная иммуногистохимия деменции Альцгеймера и родственных заболеваний. Исследование с моноклональными антителами». Патологические и иммунопатологические исследования. 6 (4): 273–83. PMID  3129706.
  15. ^ Танридаг, Т; Coskun, T; Hurdag, C; Арбак, С; Актан, S; Еген, Б. (1999). «Дегенерация двигательных нейронов из-за отложений алюминия в спинном мозге: световое микроскопическое исследование». Acta Histochemica. 101 (2): 193–201. Дои:10.1016 / с0065-1281 (99) 80018-х. PMID  10335362.
  16. ^ Джозеф, Дж; Аллейн, Т; Адогва, А (2007). «Незначительно низкий уровень меди вызывает поражение среднего мозга на животных моделях: последствия для человека». Вест-индский медицинский журнал. 56 (6): 481–6. PMID  18646489.
  17. ^ Джеффри, М; Уилсмит, JW (1992). «Идиопатический нейрональный хроматолиз ствола головного мозга и склероз гиппокампа: новая энцефалопатия в клинически подозреваемых случаях губчатой ​​энцефалопатии крупного рогатого скота». Ветеринарная запись. 131: 359–362. Дои:10.1136 / vr.131.16.359.
  18. ^ Джеффри, Мартин; Перес, Белинда; Терри, Линда; Гонсалес, Лоренцо (2008). "Идиопатический нейрональный хроматолиз ствола мозга (IBNC): новое заболевание крупного рогатого скота, связанное с прионным белком?". BMC Ветеринарные исследования. 4: 1–38. Дои:10.1186/1746-6148-4-38. ЧВК  2569918. PMID  18826563.
  19. ^ Hauw, JJ; de Baecque, C; Hausser-Hauw, C; Сердару, М. (1988). «Хроматолиз при алкогольных энцефалопатиях. Пеллагроподобные изменения в 22 случаях». Мозг. 111: 843–857. Дои:10.1093 / мозг / 111.4.843. PMID  3401686.
  20. ^ а б Ханц, Шломит; Файнзилбер, Майк (2006). «Ретроградная передача сигналов в поврежденном нерве - реакция аксона повторно». Журнал нейрохимии. 99: 13–19. Дои:10.1111 / j.1471-4159.2006.04089.x. PMID  16899067.