Удк 576.315-45:616.36-006 варианты организации ядрышек при гепатоканцерогенезе, вызванном гиперэкспрессией генов-регуляторов клеточного цикла у трансгенных мышей
На правах рукописи
ГОЛЬДИНА ТАТЬЯНА АЛЕКСАНДРОВНА УДК 576.315-45:616.36-006 ВАРИАНТЫ ОРГАНИЗАЦИИ ЯДРЫШЕК ПРИ ГЕПАТОКАНЦЕРОГЕНЕЗЕ, ВЫЗВАННОМ ГИПЕРЭКСПРЕССИЕЙ ГЕНОВ-РЕГУЛЯТОРОВ КЛЕТОЧНОГО ЦИКЛА У ТРАНСГЕННЫХ МЫШЕЙ 03.00.25 – гистология, цитология, клеточная биология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук
Москва - 2007 3
Работа выполнена на кафедре клеточной биологии и гистологии Биологического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова Научный руководитель доктор биологических наук, профессор Онищенко Галина Евгеньевна Официальные оппоненты доктор биологических наук, профессор Зацепина Ольга Владимировна доктор биологических наук Болтовская Марина Николаевна Ведущая организация ГУ Российский онкологический научный центр им. Н.Н.Блохина РАМН
Защита состоится 20 февраля 2007 г. в 15 часов 30 минут на заседании Диссертационного Совета Д.501.001.52 при Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119992, Москва, Ленинские горы, д.1, корп. 12, МГУ, Биологический факультет, ауд.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Биологического факультета МГУ им.
М.В. Ломоносова.
Автореферат разослан «_»_2007 г.
Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук Калистратова Е.Н.
«Когда наука достигает какой-либо вершины, с нее открывается обширная перспектива дальнейшего пути к новым вершинам, открываются новые дороги, по которым наука пойдет дальше».
С.И. ВАВИЛОВ
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Модель трансгенных животных представляет собой один из современных инструментов для изучения размножения и дифференцировки клеток (Clarke, 2000;
Calvisi and Thorgeirsson, 2005;
Lee et al, 2005). Гиперэкспрессия генов, участвующих в регуляции клеточного цикла, вызывает каскад изменений в тех внутриклеточных системах, которые вовлечены в сферу активности продуктов экспрессии этих генов. Выявление таких изменений в тканях трансгенных животных в конечном итоге позволяет ответить на вопрос о том, как реализуется действие регуляторных систем.
Модели животных, в которых трансфецированы гены пролиферативного контроля, вызывает большой интерес еще и потому, что, как правило, в различных тканях таких организмов развиваются опухоли (Factor et al, 1997;
Jhappan et al, 1990;
Sandgren et al, 1989;
Thorgeirsson et al, 2000). Исследования, проводимые с использованием этих моделей, в основном направлены на изучение характера возникающих опухолей и биохимических изменений в тканях таких животных.
В результате исследований, проводимых на тканевом и клеточном уровнях, показано, что на начальных этапах постнатального развития в печени трансгенных животных ускоряются пролиферация и гибель клеток, наблюдаются гиперплазия и дисплазия ткани органа. В более поздний период онтогенеза развиваются опухоли. Характер организации клеток, в том числе структура ядер и ядрышек, в гепатоцитах трансгенных животных до сих пор остаются неизученными. В данной работе на моделях c-myc-, c-myc/TGF-- и E2F-1 трансгенных мышей исследована структурная организация ядрышка на разных этапах формирования опухоли. Такого рода данные не только позволяют объяснить, как зависит структурно-функциональное ядрышек от уровня экспрессии определенных генов, но и могут иметь прикладное значение и способствовать разработке морфо-функциональных критериев при диагностике опухолей.
Имеющиеся в литературе статистические данные, которые характеризуют морфофункциональные типы ядрышек, немногочисленны (Зацепина и др., 1989;
Челидзе и др., 1992а). Информация о количественных параметрах ядрышек в процессе гепатоканцерогенеза отсутствует. В настоящем исследовании проведена количественная оценка морфологических изменений ядрышек в гепатоцитах мышей дикого типа и на разных стадиях гепатоканцерогенеза, обусловленного гиперэкспрессией генов-регуляторов клеточного цикла. Используемые в работе различные модели трансгенных мышей позволили выявить закономерности изменений размеров ядрышек, фибриллярных центров (ФЦ) и стандартных ядрышковых вакуолей в различных морфофункциональных типах ядрышек.
При гепатоканцерогенезе, вызванном гиперэкспрессией генов-регуляторов клеточного цикла, на состояние ядрышек могут влиять как гиперэкспрессия генов пролиферативного ответа, так и хромосомный дисбаланс. С одной стороны, хромосомный дисбаланс является тем фактором, который может изменять внутреннюю организацию ядра.
С другой стороны, хромосомный дисбаланс может затрагивать хромосомы, которые несут ядрышковые организаторы и гены, регулирующие структурно-функциональное состояние ядрышек. Ядрышко является динамичной структурой, реагирующей на структурно функциональное состояние ядра, которое в значительной степени может зависеть от того, в результате какого митоза – нормального или патологического возникла данная клетка.
Цели и задачи исследования. Основная цель настоящей работы заключалась в сравнительном исследовании морфофункционального состояния ядрышек в течение гепатоканцерогенеза, вызванного гиперэкспрессией различных генов-регуляторов клеточного цикла.
Для достижения данной цели в работе были поставлены ниже следующие задачи. На стадии дисплазии и опухолевого роста в печени c-myc-, c-myc/TGF- - и E2F-1-трансгенных мышей:
1.провести количественную оценку уровня митотической активности, содержания патологических митозов и апоптотических клеток печени;
2.исследовать особенности ультраструктурного строения клеток;
3.определить морфофункциональные типы ядрышек;
4.провести морфометрическую оценку диаметров ядрышка, ФЦ и ядрышковых вакуолей.
Научная новизна работы. В настоящей работе впервые на примере c-myc-, c myc/TGF- - и E2F-1-трансгенных мышей в клетках печени:
- исследованы ультраструктурные изменения ядрышек на различных стадиях гепатоканцерогенеза;
- показано, что в зависимости от стадии гепатоканцерогенеза и вида экпрессируемого гена соотношение типов ядрышек отличается от характерного для гепатоцитов мышей дикого типа;
- обнаружено, что в опухолевых клетках печени c-myc/TGF-- и E2F-1-трансгенных мышей формируются ядрышки иных морфофункциональных типов - компактно нуклеолонемные и сегрегированные, соответственно;
- охарактеризованы новые подтипы ядрышек: нуклеолонемные с признаками сегрегации, компактно-нуклеолонемные вакуолизированные и компактно-нуклеолонемные с центральной вакуолью;
- выявлено, что результаты измерений ФЦ и ядрышковых вакуолей свидетельствуют о сходном уровне функциональной активности ядрышек в пределах морфофункциональных подтипов;
- показано, что увеличение или уменьшение размеров ядрышек не является общим прогностическим критерием формирования и/или развития процессов, связанных с опухолевым ростом.
Практическое значение работы. Полученные результаты могут служить основой для дальнейшего изучения взаимосвязи строения ядрышек и различных стадий канцерогенеза в других органах и организмах. Данные о структурной организации ядрышек в клетках печени при гиперэкспрессии генов-регуляторов клеточного цикла могут иметь прикладное значение и способствовать выработке морфо-функциональных критериев прогноза развития опухоли и разработке диагностических методов исследования.
Кроме того, описания структурных изменений, происходящих в процессе формирования опухолей, могут быть использованы для анализа различных типов опухолей печени. В настоящей работе обнаружена неоднородность в ультраструктурном строении диспластических и опухолевых клеток печени c-myc-, c-myc/TGF-- и E2F-1-трансгенных мышей. Выявляемые нами данные могут быть использованы в экспериментальной и медицинской онкологии. Морфофункциональное состояние ядрышек может служить критерием преобладания определенных процессов метаболизма в зависимости от стадии и типа канцерогенеза. Результаты морфометрического анализа диаметра ядрышка, ФЦ и ядрышковых вакуолей могут быть использованы при классификации ядрышек в качестве дополнительных параметров.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были изложены на международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов» (Москва, 2003), на I съезде Общества клеточной биологии (Санкт-Петербург, 2003), на VIII Российской медико-биологической конференции молодых ученых «Человек и его здоровье» (Санкт-Петербург, 2005), на XV Всероссийском совещании «Структура и функции клеточного ядра» (Санкт-Петербург, 2005), а также на заседании кафедры клеточной биологии и гистологии Биологического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из следующих разделов:
«Введение», «Обзор литературы», «Материалы и методы», «Результаты», «Обсуждение», «Заключение», «Выводы», «Список литературы», «Приложения», «Иллюстрации». Работа изложена на страницах, включает … таблиц, …иллюстраций (из них … гистограмм). В списке литературы приведены … публикаций.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ Объект исследования. В работе исследовали гепатоциты печени мышей дикого типы (гибриды первого поколения (CD-1 x B6CBA), клетки печени при дисплазии ткани и клетки опухоли у c-myc-, с-myc/TGF-альфа- и E2F-1-трансгенных мышей. Изучение проводилось на самцах. Получение трансгенных животных и фиксация материала проводились в Laboratory of Experimental Carcinogenesis, Division of Basic Science, National Cancer Institute, Bethesda, USA. Материалы были любезно предоставлены доктором S.S.Thorgeirsson и доктором V.M.Factor. c-myc/TGF--трансгенные мыши получены в результате скрещивания MT/TGF- (MT 42-линия) с Alb/c-myc (168 линия) трансгенными мышами. Экспрессия TGF находилась под влиянием металлотионин(MT)-промотора (в питьевую воду добавляли ммоль/л ZnCl2). Промоторы генов, ответственных за синтез c-myc и E2F-1, связаны с энхансером гена, кодирующего альбумин;
это обуславливает развитие опухоли в печени. В настоящей работе проводилось исследование тканей в определенные сроки гепатоканцерогенеза (табл. 1).
Таблица 1. Возраст исследуемых мышей дикого типа, c-myc-, c-myc/TGF-- и E2F-1 трансгенных мышей.
c-myc/ c-myc/ дикий c-myc- c-myc- E2F-1- E2F-1 TGF-- TGF- тип дисплазия опухоль дисплазия опухоль дисплазия опухоль возраст 10 19 76 10 21 19 мышей (нед.) Методы исследования.
Световая микроскопия. Кусочки печени фиксировали в 10%-нейтральном формалине при +4C, затем обезвоживали по стандартной методике и заливали в парапласт.
Полученный материал окрашивали гематоксилином и эозином. Для светооптического анализа также использовали полутонкие эпоновые срезы, приготовленные на пиромитоме и окрашенные в течение нескольких секунд раствором метиленового синего (0,5%) и 1% буры в соотношении 1:1.
Оценка митотической активности и гибели клеток проводилась на гистологических препаратах с общим увеличением микроскопа 1500х. В зависимости от типа трансгенного животного и стадии гепатоканцерогенеза в работе проанализировано от 20000 до клеток. Для оценки пролиферативной активности клеток использованы следующие количественные показатели: митотический индекс, метафазно-профазный индекс, относительное число всех патологических митозов и их разновидностей. Митотический и апоптотический индексы рассчитаны на 1000 клеток (‰). Для определения типов патологических митозов использовали классификацию, предложенную Аловым А.И (1972).
Анализ ядрышек на гистологических препаратах проводился в 30 полях зрения с общим увеличением микроскопа 1500х. Для оценки числа ядрышек с выраженными ядрышковыми вакуолями подсчитывалось общее число ядрышек и число ядрышек с выраженными ядрышковыми вакуолями.
Электронная микроскопия. Кусочки печени фиксировали в смеси 2,5% глютарового альдегида («Sigma») и 2% формалина, приготовленной на 0,1М фосфатном буфере (pH 7.2 7.4), и дофиксировали 1%-ным раствором OsO4 на 0,1М фосфатном буфере в течение часов. Затем их обезвоживали и заключали в Epon 812 («Fluka») по стандартной методике.
Серийные ультратонкие срезы готовили на ультрамикротоме LKB-1 и дополнительно контрастировали водным раствором уранилацетата и цитратом свинца по Рейнольдсу.
Съёмка производилась на электронных трансмиссионных микроскопах JEM-100B, Jeol- CX, JEM-1011 и HU-12.
Ультраструктурная организация ядрышек изучалась на серийных срезах. При определении типов ядрышек использовалась морфофункциональная классификация, предложенная П.В. Челидзе и О.В. Зацепиной (1988г). Серийность срезов является обязательным условием определения типа ядрышка. В противном случае некоторые компоненты ядрышка могут быть не выявлены.
Морфометрический анализ. Обсчет параметров ядрышка был произведен с помощью программы Image Pro Plus 3.0 («Media Cybernetics»). Для калибровки за основу взят диаметр поперечного сечения центриоли в гепатоцитах, равный 0.2 мкм (Онищенко, Ченцов, 1986).
Каждая из исследуемых серий ядрышек представлена разным количеством срезов, проходящих через область ядрышка, отражающую морфофункциональный тип ядрышка (от 1 до 13). На каждом срезе серии проводили измерения следующих параметров ядрышка:
диаметр ядрышка, диаметры всех ФЦ, диаметры всех ядрышковых вакуолей. Все измерения следует считать случайными, так как срезы через клетку делались произвольным образом.
Ядрышки, ФЦ и ядрышковые вакуоли имеют на срезах как округлую, так и овальную (или иную неправильную) форму. Поэтому, фактически, под термином «диаметр» в данном исследовании подразумевается длина максимального поперечного сечения каждой из исследуемых структурных единиц. В случае если ядрышко, ФЦ или ядрышковая вакуоль на срезе имеют округлую форму, то полученное значение представляет собой истинный диаметр. Выбранное на одном срезе направление измерения длины поперечного сечения ядрышка, на других срезах не менялось. В разных ядрышках на одном срезе было сделано от 1 до 41 измерений диаметров ФЦ и от 1 до 90 измерений диаметров вакуолей.
Статистическая обработка данных по диаметрам ядрышек проводилась в двух направлениях: 1) тип трансгенного животного и стадия опухолевого роста;
2) морфофункциональный тип ядрышка. В качестве количественной характеристики размера ядрышка был определен максимальный диаметр (из каждой серии выбирался срез, на котором ядрышко имеет наибольший диаметр). На основании полученных результатов для каждого из исследуемых параметров построены гистограммы частот распределения и определены средние значения соответствующих диаметров. В таблицах и на гистограммах для каждой средней величины указано стандартное отклонение.
Для статистической обработки результатов применялись программы Microsoft Excel 2003 и STATISTICA 6.0. Для проверки распределений на нормальность использовали следующие критерии: ассиметричность, эксцесс, одновыборочный критерий Колмогорова Смирнова, критерий Шапиро-Уилки, категоризированные графики и гистограммы распределения. Большинство распределений, полученных в данной работе, не соответствуют нормальному. В связи с этим значимость различий между двумя группами оценивали при помощи непараметрического U-критерия Манна-Уитни. Для сравнения нескольких групп применяли ранговый однофакторный анализ Краскела-Уоллиса. Различия между средними величинами признавались достоверными при р 0,05. В случае если критерий Краскела Уоллиса показывал различие нескольких исследуемых выборок, использовался метод непараметрического множественного сравнении - критерий Данна.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 1. Ультраструктурное строение клеток печени.
В гепатоцитах мышей дикого типа гранулярный эндоплазматический ретикулум (грЭПР) хорошо развит, часто располагается параллельными рядами, образованными 5- цистернами значительной протяженности. Комплекс Гольджи представлен диктиосомами, распределенными по всему объему клетки. В диктиосоме цистерны, как правило, одинаковой длины, могут быть расширены как на концах, так и в центральной части;
содержимое цистерн светлое. Центриолярный комплекс выявляется около ядра: центриоли не имеют четкой ориентации по отношению друг к другу. На одной центриоли могут встречаться как сателлиты, так и придатки;
сателлиты не содержат головок. Промежуточные филаменты (ПФ) образуют вокруг центриолей крупные пучки, расположенные близко к центриолярному цилиндру. В некоторых клетках тонкие и короткие пучки филаментов отходят от центриолярного комплекса на периферию.
В диспластических клетках c-myc-, c-myc/TGF- и E2F-1-трансгенных мышей грЭПР встречается во всех областях цитоплазмы, часто формируя параллельные ряды из 3- цистерн. Однако протяженность цистерн визуально значительно короче по сравнению с длиной цистерн в гепатоцитах мышей дикого типа. Особенности строения вакуолярной системы позволяют выделить 2 типа клеток. В клетках 1 типа цистерны грЭПР имеют нормальное строение, характерное для гепатоцитов мышей дикого типа. Отдельные небольшие светлые везикулы выявляются около центриолярного комплекса. Область центриолярного комплекса свободна от митохондрий и цистерн грЭПР. В клетках 2 типа цистерны грЭПР несколько раздуты. Протяженность таких цистерн визуально схожа с длинами цистерн грЭПР клеток 1 типа, однако в некоторых клетках выявляются и более короткие цистерны грЭПР. Светлые везикулы содержатся не только в области клеточного центра (где их значительно больше по сравнению с клетками I типа), но и по всей цитоплазме.
Аппарат Гольджи располагается как около ядра, так и вблизи желчных канальцев.
Каждая диктиосома может быть представлена как короткими, так и длинными расширенными цистернами (особенно выделяются вздутия на концах). В цистернах аппарата Гольджи часто выявляется как электронно-плотное, так и электронно-светлое содержимое.
Большая часть цистерн аппарата Гольджи в диспластических клетках c-myc/TGF- трансгенных мышей заполнена светлым содержимым.
Центриоли формируют комплекс, имеющий околоядерную локализацию. В диспластических клетках c-myc- и c-myc/TGF--трансгенных мышей ПФ располагаются вокруг центриолей, где они образуют пучки (как тонкие, так и более мощные), расположенные в непосредственной близости от центриолей. Кроме того, пучки различной толщины отходят от клеточного центра на периферию.
Яркими отличительными особенностями обладают опухолевые клетки c-myc-, c myc/TGF- и E2F-1-трансгенных мышей. Опухолевые клетки печени c-myc-трансгенных мышей в целом имеют схожее с диспластическими клетками строение. Однако, цистерны аппарата Гольджи опухолевых клетках короткие, могут быть как уплощены, так и несколько вздуты;
в расширенных цистернах выявляется светлое содержимое. ПФ выражены слабо:
тонкие и короткие пучки выявляются в области клеточного центра. В части клеток в большом количестве обнаруживаются липидные включения различного размера В опухолевых клетках печени c-myc/TGF--трансгенных мышей признаки злокачественного фенотипа выражены наиболее полно. Основная часть цитоплазмы заполнена веществом с низкой электронной плотностью, не известной на данной момент природы. Органеллы клетки располагаются в меньшей ее части. Цистерны грЭПР расширены;
в одной клетке может встречаться 2 типа цистерн: протяженные и короткие.
Короткие цистерны по сравнению с длинными раздуты в бльшей степени и имеют электронно-светлое содержимое. В цитоплазме встречается много свободных полисом.
Цистерны аппарата Гольджи тонкие, с вздутиями на концах;
содержимое цистерн светлое.
Центриолярный комплекс, как правило, располагается в области между ядром и плазматической мембраной;
в связи с этим аппарат Гольджи часто выявляется около желчных канальцев. Центриолярный комплекс образован 1-4 центриолями. ПФ практически отсутствуют. В цитоплазме выявляются липидные гранулы.
В цитоплазме опухолевых клеток E2F-1-трансгенных мышей также обнаруживается содержимое с низкой электронной плотностью Цистерны грЭПР не расширены. В большинстве клеток цистерны располагаются отдельно друг от друга.
Диктиосомы аппарата Гольджи обнаруживаются как в околоядерной области, так и около желчных канальцев. Диктиосомы, как правило, представлены короткими тонкими цистернами со расширениями на концах, в которых выявляется и темное, и светлое содержимое. Цитоплазма содержит полисомы. Центриолярный комплекс располагается около ядра. ПФ выявляются в околоцентриолярной области в виде тонких коротких пучков, уходящих на периферию.
Таким образом, в гепатоцитах при дисплазии печени и в опухолевых клетках c-myc, c myc/TGF- и E2F-1-трансгенных мышей по сравнению с гепатоцитами мышей дикого типа происходят изменения в строении органелл вакуолярной системы (грЭПР и аппарата Гольджи), центросомы и других элементов цитоскелета. Наиболее яркими отличительными признаками обладают опухолевые клетки всех трех типов трансгенных мышей. В опухолевых клетках печени c-myc/TGF--трансгенных мышей признаки злокачественного фенотипа выражены наиболее полно.
2. Особенности пролиферации и гибели.
При изучении гепатоцитов мышей дикого типа митозов обнаружено не было (рис.1).
Митотический индекс в диспластических и опухолевых клетках c-myc-трансгенных мышей практический одинаковый: 3,06‰ и 3,29‰ соответственно. В печени c-myc/TGF-- и E2F-1 трансгенных мышей митотический индекс при дисплазии клеток в 7-8 раз меньше по сравнению с данными показателями, характеризующие опухолевые клетки (рис.1).
4 митотический индекс 1 группа ПМ % ‰ апоптотический индекс 90 2 группа ПМ % патолог. митозов 2 50 44, 44, 42, 29, 0 дикий тип c-myc- c-myc- c-myc/TGF- c-myc/TGF- E2F-1- E2F-1 дикий тип c-myc- c-myc- c-myc/TGF- c-myc/TGF- E2F-1- E2F-1 дисплазия опухоль - -опухоль дисплазия опухоль дисплазия опухоль - -опухоль дисплазия опухоль дисплазия дисплазия Рис.1. Показатели митотической Рис.2. Патологические митозы в клетках активности и гибели для клеток на печени на стадии дисплазии и опухолевого стадии дисплазии и опухолевого роста роста c-myc-, c-myc/TGF-- и E2F-1 печени c-myc-, c-myc/ TGF- и E2F-1- трансгенных мышей. Процент патологических митозов указан от общего числа митозов.
трансгенных мышей.
В настоящей работе патологические митозы обнаружены во всех исследуемых моделях трансгенных мышей. Однако четкой корреляции между частотой патологических митозов и стадией опухолевого роста не выявлено (рис.2). Патологические митозы у c-myc трансгенных мышей в диспластических клетках составляют 38% от общего числа митозов, в опухолевых – 29,5%. При дисплазии печени c-myc/TGF--трансгенных мышей относительное количество патологических митозов достигает 42,4%, а в опухоли – 39,1%. Диспластические клетки печени E2F-1-трансгенных мышей характеризуются наименьшем количеством патологий митоза – 20%, в то время как в опухолевых клетках этот показатель достигает 44,9%.
В диспластических и опухолевых клетках c-myc-, c-myc/TGF-- и E2F-1трансгенных мышей 17,4-35,5% патологических митозов связано с повреждениями хромосом (1 группа), и 64,5-82,6%, соответственно, приходится на патологии, являющиеся следствием повреждений митотического аппарата (2 группа) (рис.2). Наиболее распространенной патологией митоза является к-митоз. В клетках печени трансгенных мышей также обнаруживаются:
многополюсный митоз, ассиметричный митоз, рассеивание, полая метафаза, отставания хромосом, склеивание хромосом, хромосомные мосты.
Наиболее высокая апоптотическая активность характерна для печени c-myc трансгенных мышей и составляет 2,2‰ для диспластических клеток и 2,02‰ для опухолевых клеток (рис.1). У c-myc/TGF--трансгенных мышей апоптотический индекс уменьшается более чем в 2 раза по сравнению с c-myc-трансгенными мышами: при дисплазии ткани этот показатель равен 0,67 ‰, а в опухоли – 0,76‰. При гиперэкспрессии гена E2F-1 в печени на стадии дисплазии апоптотический индекс составляет 0,43‰, в то время как в опухолях гибель клеток резко усиливается (1,97‰).
3. Ядрышки на светооптическом уровне.
Для оценки состояния ядрышек на световом уровне использовали такие параметры как: частота встречаемости ядер с разным содержанием ядрышек;
среднее число ядрышек в ядре;
относительное число ядрышек, выраженные ядрышковые вакуоли. В гепатоцитах мышей дикого типа, в диспластических и опухолевых клетках c-myc-, c-myc/TGF-- и E2F 1-трансгенных мышей преобладают ядра, содержащие 1-3 ядрышка. В опухолевых клетках c myc/TGF--трансгенных мышей и в диспластических клетках E2F-1-трансгенных мышей значительная часть ядер содержит 1 ядрышко. В диспластических и опухолевых клетках c myc-трансгенных мышей и в диспластических клетках c-myc/TGF--трансгенных мышей выявляется бльшее (по сравнению с другими типами) число ядер с 5-8 ядрышками.
Среднее число ядрышек в гепатоцитах мышах дикого типа и в клетках печени при дисплазии и опухолевом росте c-myc-, c-myc/TGF-- и E2F-1-трансгенных мышей варьирует в пределах от 1,32 до 2,43 на 1 ядро (табл.2). Средние числа ядрышек в гепатоцитах мышей дикого типа, диспластических и опухолевых клетках c-myc/TGF--трансгенных мышей достоверно различаются, в то время как для других типов значимых отличий не выявлено (р0,05).
Таблица 2. Среднее число ядрышек на ядро в гепатоцитах мышей дикого типа, при дисплазии и опухолевом росте клеток печени c-myc-, c-myc/TGF-- и E2F-1-трансгеных мышей.
дикий c-myc- c-myc- c-myc/TGF- с-myc/TGF- E2F-1- E2F-1 тип дисплазия опухоль -дисплазия -опухоль дисплазия опухоль 1,85±0,85 2,13±1,17 2,10±1,34 2,43±1,38 1,32±0,63 1,57±0,83 1,64±0, Относительное число ядрышек, содержащих выраженные ядрышковые вакуоли, в диспластических и опухолевых клетках c-myc- и c-myc/TGF--трансгенных мышей составляет 23,76 - 29,41% от общего числа ядрышек, что в 3-3,5 раза больше по сравнению с гепатоцитами мышей дикого типа (8,33%) (табл.3). В гепатоцитах при дисплазии печени E2F-1-трангенных мышей число ядрышек только в 2 раза выше, чем в гепатоцитах мышей дикого типа – 15,84%. В опухолевых клетках E2F-1-трангенных мышей этот показатель уменьшается до 8,59%.
Таблица 3. Относительное число (%) ядрышек, содержащих выраженные ядрышковые вакуоли, в гепатоцитах мышей дикого типа, при дисплазии и опухолевом росте клеток печени c-myc-, c-myc/TGF-- и E2F1-трансгеных мышей.
дикий c-myc- c-myc- c-myc/TGF- с-myc/TGF- E2F-1- E2F-1 тип дисплазия опухоль -дисплазия -опухоль дисплазия опухоль 8,33 26,97 23,76 26,52 29,41 15,84 8, Полученные в настоящем исследовании результаты о степени вакуолизации ядрышек в гепатоцитах мышей дикого типа, при дисплазии и опухолевом росте клеток печени c-myc-, c-myc/TGF-- и E2F1-трансгеных мышей, выявленной на светооптическом уровне, соответствуют данным электронной микроскопии.
4. Ультраструктура ядрышек.
При электронно-микроскопическом исследовании тонкого строения гепатоцитов мышей дикого типа, диспластических и опухолевых клеток трансгенных мышей проанализировано от 36 до 54 ядрышек (табл. 4, рис. 3).
Таблица 4. Морфофункциональные типы ядрышек в гепатоцитах мышей дикого типа, при дисплазии и опухолевом росте клеток печени c-myc-, c-myc/TGF-- и E2F1-трансгеных мышей.
c-myc/TGF- c-myc/TGF- общее число дикий тип дисплазия дисплазия дисплазия ядрышек опухоль опухоль опухоль тип мыши c-myc c-myc E2F-1 E2F-1 тип ядрышка нуклеолонемное I типа 40 26 26 20 - 21 1 нуклеолонемное II типа 7 13 13 16 - 8 - нуклеолонемное III типа 2 9 7 11 - 1 - нуклеолонемное 2 - 4 - - 13 16 с признаками сегрегации сегрегированное - - - - - 1 29 ретикулярное - - - 3 - - - ретикулярное - - - 4 - - - с центральной вакуолью компактно-нуклеолонемное - - - - 14 - - I типа компактно-нуклеолонемное - - - - 7 - - II типа компактно-нуклеолонемное - - - - 15 - - III типа 1а 1б 1в иные типы - - - - общее число ядрышек 52 48 51 54 36 44 47 а б вакуолизированное ядрышко;
вакуолизированное с центральной вакуолью ядрышко в нуклеолонемное с центральной вакуолью и признаками сегрегации ядрышко В гепатоцитах мышей дикого типа преобладают ядрышки нуклеолонемного типа.
Гранулярный компонент таких ядрышек развит хорошо;
околоядрышковый хроматин часто образует небольшие блоки. ФЦ имеют размеры от 0,07 до 0,54 мкм, ядрышковые вакуоли – от 0,04 до 0,7 мкм. Нуклеолонемно-вакуолизированные ядрышки в гепатоцитах мышей дикого типа имеют типичное нуклеолонемное строение с характерным для него развитием компонентов и степенью вакуолизации. Так, размер ФЦ составляет от 0,1 до 0,57 мкм.
Однако отличительным признаком нуклеолонемно-вакуолизированных ядрышек является более интенсивное развитие 1-4 вакуолей с диаметром от 0,5 до 1,13 мкм. Таким образом, название этого типа ядрышек полностью отражает их структуру: одна часть ядрышка по своему строению является нуклеолонемной, другая – вакуолизированной.
Нуклеолонемно-вакуолизированные ядрышки с центральной вакуолью отличаются наличием одной крупной вакуоли, как правило, занимающей центральное положение.
Следует отметить, что часто в данных ядрышках выявляются вакуоли размером 0,6-1,2 мкм – аналогичные тем, что составляют вакуолизированную часть нуклеолонемно вакуолизированных ядрышек. В связи с этим термин «вакуолизированные» в название типа был сохранен. Появление в термине слов центральная вакуоль подчеркивает расположение вакуоли и, фактически, ее размер (около 1,5 мкм).
Наблюдаемые нами в гепатоцитах мышей дикого типа варианты ядрышек отличаются от уже существующих в литературе данных (Челидзе и др., 1992). Подобное различие в результатах может быть объяснено как неодинаковыми условиями содержания животных, так и различиями в породах мышей. Классифицируя ядрышки, мы ввели ряд новых определений.
Так, в классификации, предложенной П.В. Челидзе и О.В. Зацепиной (1988), нуклеолонемно вакуолизированные ядрышки рассматриваются как промежуточный тип нуклеолонемных ядрышек, характеризующийся наряду с элементами нуклеолонемы отчетливо выявляющимися вакуолями, занимающими центральное положение в ядрышке. Полученные нами результаты позволяют выделить два отдельных подтипа ядрышек: 1) нуклеолонемно вакуолизированные ядрышки, и 2) нуклеолонемно-вакуолизированные ядрышки с центральной вакуолью, соответствующие нуклеолонемно-вакуолизированным ядрышкам в классификации 1988. Подобные определения наиболее четко отражают степень вакуолизации ядрышек.
Для упрощения изложения материала нуклеолонемные ядрышки нами были названы нуклеолонемными ядрышками I типа, нуклеолонемно-вакуолизированные нуклеолонемными ядрышками II типа и нуклеолонемно-вакуолизированные с центральной вакуолью - нуклеолонемными ядрышками III типа.
В гепатоцитах при дисплазии печени c-myc-трансгенных мышей выявляются нуклеолонемные ядрышки I типа. Такие ядрышки имеют крупные размеры (1,1–3,8 мкм), размер ядрышковых вакуолей – от 0,02 до 0,65 мкм. ФЦ хорошо выражены и распределены по всему объему ядрышка (размер ФЦ составляет от 0,05 до 0,41 мкм). Нуклеолонемные ядрышки II типа (размером от 2 до 4 мкм) имеют характерное для соответствующего типа строения;
диаметр ФЦ – от 0,05 до 0,4 мкм, диаметр ядрышковых вакуолей – от 0,03 до 0, мкм;
наиболее крупные вакуоли достигают 1,17 мкм. Центральная вакуоль нуклеолонемных Рис. 3. Ультраструктура ядрышек в диспластических и опухолевых клетках печени c-myc-, c myc/TGF-- и E2F-1-трансгенных мышей.
а - в – в опухолевых клетках c-myc-трансгенных мышей: а – нуклеолонемное I типа, б – нуклеолонемное II типа, в – нуклеолонемное III типа;
г – в диспластических клетках c myc/TGF--трансгенных мышей: ретикулярное с центральной вакуолью;
д-ж - в опухолевых клетках c-myc/TGF--трансгенных мышей: д – компактно-нуклеолонемное I типа, е компактно-нуклеолонемное II типа, ж - компактно-нуклеолонемное III типа;
з - в диспластических клетках E2F-1-трансгенных мышей: нуклеолонемное с признаками сегрегации;
и - в опухолевых клетках E2F-1-трансгенных мышей: сегрегированное ядрышек III типа может быть как эллипсоидной, так и шаровидной формы и достигать в ширину 2,54 мкм. Анализ серийных срезов показал взаимосвязь вакуоли с околоядрышковым хроматином. ФЦ (размером от 0,04 до 0,5 мкм) нуклеолонемных ядрышек III типа хорошо выражены;
околоядрышковый хроматин формирует блоки различной величины.
В опухолевых клетках печени c-myc-трансгенных мышей наиболее часто встречающимися ядрышками являются нуклеолонемные ядрышки I, II и III типов (рис.3).
Каждый из этих типов обладает всеми выше перечисленными признаками строения. Однако на данной стадии гепатоканцерогенеза происходит укрупнение размеров ядрышек: 1,8-4, мкм в нуклеолонемных ядрышках I и II типа, 2-6 мкм в нуклеолонемных ядрышках III типа.
ФЦ во всех трех типах ядрышек имеют различную форму и диаметр от 0,04 до 0,55 мкм.
Крупные вакуоли нуклеолонемных ядрышек II типа имеют размеры от 0,55 до 0,9 мкм;
центральные вакуоли нуклеолонемных ядрышек III типа - от 1,5 до 2,7 мкм.
Наряду с этим, в некоторых случаях в нуклеолонемных ядрышках на данной стадии гепатоканцерогенеза c-myc-трансгенных мышей обнаруживаются первые признаки сегрегации. Такие ядрышки значительно уменьшены в размерах (от 0,8 до 1,5 мкм).
Околоядрышковый хроматин развит очень хорошо, часто образует компактные зоны в виде «шапочек», которые по размеру иногда превосходят само ядрышко. ФЦ (размер 0,03-0, мкм) четко выделяются на срезах и сдвигаются к периферии. Вакуолярный компонент значительно уменьшен: бльшая часть вакуолей имеет диаметр 0,1-0,15 мкм. Выше перечисленные признаки соответствуют характеристике сегрегированных ядрышек, но в данном типе ядрышек полной сегрегации не происходит, поэтому эти ядрышки и были названы нуклеолонемными с признаками сегрегации. Следует отметить, что ранее ядрышки подобного строения не выделялись в отдельный тип.
В печени с-myc/TGF--трансгенных мышей при дисплазии паренхимы ткани обнаруживаются нуклеолонемные ядрышки I, II и III типов, ретикулярные и ретикулярные с центральной вакуолью ядрышки (рис.3). Размер ретикулярных ядрышек не превышает 3 мкм, а размер вакуолей - 0,9 мкм. Вакуолярная система ретикулярных ядрышек в отличие от нуклеолонемных имеет высокую степень развития и обуславливает типичную для данного типа трабекулярную структуру. Околоядрышковый хроматин образует крупные блоки. ФЦ хорошо выражены и равномерно распределены по объему ядрышка (размер 0,06-0,33 мкм).
Внутриядрышковый хроматин развит незначительно. Размер ретикулярных с центральной вакуолью ядрышек достигает 4,7 мкм (рис.3). ФЦ и ядрышковые вакуоли имеют схожие с ретикулярными ядрышками диаметры. Отличительной особенностью является наличие центральной вакуоли (диаметром до 2,6 мкм). Некоторые авторы рассматривают термины ретикулярное и нуклеолонемное как синонимы (Hernandez-Verdun, 1986). В этом вопросе мы поддерживаем тех исследователей, которые выделяют ретикулярные ядрышки как отдельный тип (Челидзе, Зацепина, 1988;
Show and Jordan, 1995). Главное отличие между этими типами ядрышек заключается в степени развития вакуолярного компонента, уровень которого выше в ретикулярных ядрышках В опухолевых клетках печени с-myc/TGF--трансгенных мышей выявляются не характерные для диспластических клеток типы ядрышек (рис.3). Компактно-нуклеолонемные ядрышки сочетают в себе как признаки нуклеолонемных, так и компактных ядрышек. Они отличаются крупными размерами (2,4-8,5 мкм) и высокой степенью развития гранулярного компонента. Нуклеолонемная часть этих ядрышек обладает всеми признаками нуклеолонемных ядрышек;
вакуолярный компонент сосредоточен только в области нуклеолонемы. Компактно-нуклеолонемные вакуолизированные ядрышки (диаметр от 4,6 до 8,6 мкм) отличаются более интенсивным развитием вакуолярной системы. По аналогии с нуклеолонемно-вакуолизированными ядрышками данному типу и было дано соответствующее название. Основная часть крупных вакуолей имеет диаметр от 0,6 до 1, мкм. Диаметр остальных вакуолей колеблется от 0,05 до 0,6 мкм;
ФЦ отличаются бльшими размерами - до 0,88 мкм. Компактно-нуклеолонемные ядрышки с центральной вакуолью обладают всеми выше перечисленными признаками компактно-нуклеолонемных ядрышек и, кроме того, в области нуклеолонемы имеют одну сильно развитую ядрышковую вакуоль (1,8 3,35 мкм), занимающую центральное положение в ядрышке.
Присутствие выраженного гранулярного компонента в ядрышках данных подтипов, с одной стороны, и обедненность цитоплазмы органеллами белкового синтеза, с другой стороны, могут свидетельствовать о нарушении процессов транспорта прерибосомных частиц в опухолевых клетках печени c-myc/TGF-альфа-трансгенных мышей. Характерной особенностью всех трех типов ядрышек в клетках печени при опухолевом росте у с myc/TGF--трансгенных мышей является наличие внутриядрышкового хроматина, как правило, равномерно распределенного по объему ядрышка. Компактно-нуклеолонемные ядрышки в дальнейшем мы будем называть компактно-нуклеолонемными ядрышками I типа, компактно-нуклеолонемные вакуолизированные – компактно-нуклеолонемными ядрышками II типа, компактно-нуклеолонемные с центральной вакуолью - компактно-нуклеолонемными III типа. Следует особо подчеркнуть: компактно-нуклеолонемные II и III типа - это новые подтипы ядрышек.
Таким образом, соэкспрессия с-myc и TGF- выявляет синергический эффект действия этих генов (Factor et al, 1997), который, как показывают наши данные, может приводить к образованию ядрышек компактно-нуклеолонемного типа.
Для гепатоцитов при дисплазии ткани E2F-1-трансгенных мышей характерны нуклеолонемные ядрышки I, II типов (размер от 1,3 до 2,8 мкм) и нуклеолонемные ядрышки с признаками сегрегации (рис.3). В опухолевых клетках печени E2F-1-трансгенных мышей обнаруживаются нуклеолонемные с признаками сегрегации и сегрегированные ядрышки (рис.3). Для сегрегированных ядрышек (диаметр от 0,6 до 1,7 мкм) характерно пространственное разделение структурных компонентов (ФЦ и гранулярного компонента).
Фибриллярные центры (очень часто один) увеличены в размерах (до 0,84 мкм) и локализуются на периферии или в центре ядрышка. Околоядрышковый хроматин образует компактные зоны;
вакуоли практически отсутствуют (0,05-0,25 мкм, в единичных случаях – до 0,5 мкм).
Наличие нуклеолонемных с признаками сегрегации и сегрегированных ядрышек может свидетельствовать об уменьшении процессов белкового синтеза данных клеток. Так, сегрегированные ядрышки встречается при действии ингибиторов синтеза рРНК, а также в процессе дифференцировки ряда клеток (Ченцов, Поляков, 1974;
Мантейфель, Челидзе, 1986). Известно, что E2F-1 стимулирует экспрессию опухолевого супрессора ARF (Zhu et al, 1999). Возможно, что гиперэкспрессия фактора транскрипции E2F-1 в трансгенных мышах приводит к повышенной экспрессии ARF. Выявлено, что ARF ингибирует синтез рРНК, влияя на этапы процессинга (Sugimoto et al, 2003). Непосредственное ингибирование синтеза рРНК осуществляет и белок pRb, который участвует в регуляции E2F-1 (Voit et al, 1997).
Описанные выше молекулярные механизмы могут лежать в основе процессов сегрегации ядрышек в клетках E2F-1-трансгенных мышей. Однако, основываясь на данных о пролиферации, можно сделать вывод, что интенсивность процессов белкового синтеза в клетках E2F-1-трансгенных мышах достаточна для их деления.
Преобладающим типом ядрышек как в гепатоцитах печени мышей дикого типа, так и при дисплазии печени c-myc-, c-myc/TGF-альфа- и E2F-1-трансгенных мышей являются нуклеолонемные ядрышки. Ядрышки данного типа встречаются в активно синтезирующих клетках (Челидзе, Зацепина, 1988). Преобразования в структуре, приводящие к их формированию, свидетельствуют о повышении активности синтеза рРНК. Известно, что c myc взаимодействует с рДНК, регулирует деятельность РНК-полимеразы I и процессы созревания рРНК, индуцирует синтез ядрышковых белков;
при гиперэкспрессии c-myc способен накапливаться в ядрышке (Greasley et al, 2000;
Arabi et al, 2003;
Schlosser et al, 2003;
Arabi et al, 2005;
Grewal et al, 2005;
Oskarsson, Trumpp, 2005). Следовательно, с-myc может играть важную роль в процессах регуляции биогенеза рибосом и белкового синтеза, вызывая преобразования в структурной организации ядрышка.
Кроме того, в геноме c-myc/TGF--трансгенных мышей были выявлены значительные изменения в хромосомах: 1, 4, 5, 6, 7, 12, 14, 19 и Х (Sargent et al, 1996, 1999). Можно предположить, что мутации могут затрагивать как район ядрышковых организаторов (12 и хромосомы, Челидзе, 1985), так и области, ответственные за синтез ядрышковых регуляторных белков, а также рибосомных белков. Вариабельность структурной организации ядрышек в зависимости от стадии гепатоканцерогенеза и типа трансгенных мышей указывает на то, что в каждом конкретном случае мы имеем дело с клетками, обладающими разным уровнем синтеза белков. В последнее время значительное число публикаций посвящено неканоническим функциям ядрышек. Так, предполагается, что ядрышку принадлежит некоторая роль в синтезе SRP, а также в транспорте и/или деградации мРНК (Malatesta et al, 2000;
Politz et al, 2002). Кроме того, в ядрышках обнаруживается значительное количество белков, имеющих временную ядрышковую локализацию (Leung et al, 2003).
Вероятно, морфология ядрышек может отражать не только уровень белкового синтеза, но и иные физиологические процессы клетки.
5. Морфометрический анализ ядрышек.
Морфометрический анализ диаметров ядрышек по типам трансгенных мышей. Во всех исследованных клетках было измерено 1234 диаметра ядрышек. На основании этих данных определены средние значения максимальных диаметров ядрышек в зависимости от типа трансгенных мышей и стадии гепатоканцерогенеза (рис.4;
данные объединены независимо от морфофункционального типа ядрышка). В гепатоцитах мышей дикого типа средняя величина максимальных диаметров ядрышек равна 2,02 мкм. Для ядрышек диспластических клеток у c-myc-, c-myc/TGF-- и E2F-1-трансгенных мышей значимых изменений по сравнению с гепатоцитами мышей дикого типа не выявлено (р0,05). Опухолевые клетки c-myc-, c myc/TGF-- и E2F-1-трансгенных мышей показывают достоверные отличия по данному показателю от гепатоцитов мышей дикого типа (р0,05). Средние значения максимальных размеров ядрышек коррелируют с соответствующими наибольшими величинами диаметров ядрышек (рис.4).
Таким образом, гиперэкспресиия генов пролиферативного ответа может сопровож даться как увеличением, так и уменьшением размеров ядрышка. Наиболее крупные ядрышки характерны для опухолевых клеток c-myc- и c-myc/TGF-альфа-трансгенных мышей, а наиболее мелкие - для диспластических и опухолевых клеток печени E2F-1-трансгенных мышей. Согласно данным литературы, увеличение размеров ядрышек отмечается в популяциях клеток, характеризующихся повышенной пролиферативной активностью клеток (Челидзе и др., 1992а, 1993;
Маршак и др., 1994;
Deltour and de Barsy, 1985). В литературе Рис. 4. Средние етр ядры ка, м ии 9 средний максимальный км значения диаметр 8 наибольшая величина максимальных диаметра ш диаметров и наибольшая величина диаметров ядрышек диам в гепатоцитах печени мышей дикого типа, в клетках печени при дисплазии и опухолевом росте c-myc-, с-myc/TGF- дикий тип c-myc- c-myc- c-myc/TGF- c-myc/TGF- E2F-1- E2F-1 и E2F-1-трансгенных дисплазия опухоль - -опухоль дисплазия опухоль дисплазия мышей.
также существует представление о том, что формирование злокачественного фенотипа сопровождается увеличением размеров ядрышек (Trer et al, 2003). Нами показано, что увеличение или уменьшение размеров ядрышек не является общим прогностическим критерием формирования и/или развития процессов, связанных с опухолевым ростом.
Морфометрический анализ диаметров ядрышек по морфофункциональным типам ядрышек. Данные по всем максимальным диаметрам ядрышка объединяли в пределах выявленных морфофункциональных типов ядрышек, независимо от стадии опухолевого роста и варианта трансгенного животного. С ростом вакуолярного компонента в группе нуклеолонемных ядрышек отмечается достоверное увеличение средних размеров ядрышка:
от 2,02 мкм в ядрышках I типа до 2,99 мкм в ядрышках III типа (р0,05;
рис.5). Как полагают некоторые авторы, различия в размерах ядрышек могут быть связаны именно с изменениями объема вакуолярного компонента (Moreno-Diaz de la Espina et al, 1980;
Deltour and de Barsy, 1985;
Челидзе и др., 1992а).
Уменьшение размеров по сравнению с нуклеолонемными характерно для сегрегированных и нуклеолонемных с признаками сегрегации ядрышек (р0,05). Сегрегация ядрышек всегда сопровождается уменьшением вакуолярного и гранулярного компонентов (Челидзе, Зацепина, 1988). Компактно-нуклеолонемные ядрышки I, II и III типов отличаются наиболее крупными размерами: причиной подобного роста может быть интенсивное развитие гранулярного компонента в ядрышках данной группы. Таким образом, увеличение размеров ядрышка может быть связано с избирательным повышением объема структурных компонентов ядрышка, например, вакуолярного и/или гранулярного, а уменьшение - за счет обратного процесса, затрагивающего оба компонента.
Средние диаметры ретикулярных и ретикулярных с центральной вакуолью ядрышек не представлены в связи с небольшими выборками. Различия морфофункциональных типов Рис. 5. Средние диаметр ядрышка, мкм ьт средний максимальный диаметр значения наибольшая величина диаметра максимальных диаметров ядрышек и наибольшая величина диаметров ядрышек разных морфофункцио нальных типов.
НЯ I НЯ II НЯ III НЯ с СЯ РЯ РЯ с КНЯ I КНЯ II КНЯ III типа типа типа ПС ЦВ типа типа типа Условные обозначения к рис.5,6. Морфофункциональные типы ядрышек.
НЯ I типа – нуклеолонемные I типа, НЯ II типа – нуклеолонемные II типа, НЯ III типа – нуклеолонемные III типа, НЯ с ПС – нуклеолонемные с признаками сегрегации, СЯ – сегрегированные, РЯ – ретикулярные, РЯ с ЦВ – ретикулярные с центральной вакуолью, КНЯ I типа – компактно-нуклеолонемные I типа, КНЯ II типа – компактно-нуклеолонемные II типа, КНЯ III типа – компактно-нуклеолонемные III типа.
ядрышек по наибольшим величинам диаметров носят в целом тот же характер, что и по средним максимальным величинам (рис.5).
Морфометрический анализ диаметров ФЦ. В разных типах ядрышек было сделано от 77 до 3307 измерений диаметров ФЦ (суммарно – 8951). Нуклеолонемные ядрышки I, II и III типов имеют достоверно одинаковые величины средних диаметров ФЦ - 0,15 мкм (р0,05;
рис.6). Более крупные ФЦ характерны для нуклеолонемных с признаками сегрегации (0, мкм) и сегрегированных (0,29 мкм) ядрышек (р0,05). В ретикулярных и ретикулярных с центральной вакуолью типах ядрышек средние значения диаметров ФЦ значимо не различимы и равны 0,17 мкм (р0,05). Относительное увеличение размеров ФЦ происходит в компактно-нуклеолонемных ядрышках: средний диаметр ядрышек I типа равен 0,18 мкм, II типа – 0,21 мкм, а III типа – 0,19 мкм (р0,05). Нами выявлено, что в группах как нуклеолонемных, так и ретикулярных с различной степенью вакуолизации ядрышки имеют Рис.6. Средние 0, диаметр, мкмл фибриллярные центры значения диаметров стандарные ядрышковые фибриллярных вакуоли 0, центров и стандартных 0, ядрышковых вакуолей в ядрышках 0, разных морфофункциональн 0, ых типов.
Условные обозначения см.
НЯ I НЯ II НЯ III НЯ с СЯ РЯ РЯ с КНЯ I КНЯ II КНЯ III рис. типа типа типа ПС ЦВ типа типа типа схожие значения среднего диаметра ФЦ. Эти данные свидетельствуют о сходном уровне функциональной активности ядрышек в пределах каждой группы.
Увеличение размеров ФЦ является показателем уменьшения функциональной активности ядрышка (Челидзе и др., 1984;
Зацепина и др., 1989). При этом обнаружено, что E2F-1-опосредованный гепатоканцерогенез характеризуется изменениями липидного метаболизма, в то время как на стадии дисплазии c-myc-трансгенных мышей выявлена активация генов, ответственных за белковый синтез (Coulouarn et al, 2006). Полученные нами данные свидетельствуют о том, что в опухолевых клетках печени у c-myc- и c-myc/TGF альфа-трансгенных мышей идет активная экспрессия рибосомных генов, в то время как в опухолевых клетках печени E2F-1-трансгенных мышей экспрессия рибосомных генов резко подавлена. Состояние цитоплазмы, в частности эндоплазматического ретикулума, подтверждают результаты, полученные при изучении ядрышек.
Таким образом, гепатоканцерогенез, обусловленный гиперэкспрессией генов пролиферативного ответа, связан не только с активацией пролиферации клеток, но и с изменением метаболических процессов, сопровождающихся повышением или понижением активности органелл, участвующих в белковом синтезе.
Морфометрический анализ диаметров стандартных ядрышковых вакуолей. Все выявленные нами ядрышковые вакуоли были объединены в 3 группы. Первую группу составляют так называемые стандартные вакуоли: они формируют вакуолярный компонент нуклеолонемных и ретикулярных ядрышек и имеют размеры, как правило, не более 0,5 мкм (в редких случаях – 0,6-0,7 мкм). Ко второй группе относятся крупные вакуоли (диаметр 0,5 1 мкм), образующие вакуолизированную часть в таких типах ядрышек, как: нуклеолонемные II типа, компактно-нуклеолонемные II типа и собственно вакуолизированные. Часто крупные вакуоли формируют вакуолизированную часть нуклеолонемных и компактно нуклеолонемных III типа ядрышек. Третью группу образуют центральные вакуоли – вакуоли, достигающие нескольких микронов в диаметре и занимающие центральное положение в ядрышке;
наличие в ядрышке вакуоли такого размера всегда отражается в названии морфофункционального типа.
В настоящем исследовании проводился анализ только стандартных ядрышковых вакуолей. В разных морфофункциональных типах ядрышек было сделано от 133 до измерений (суммарно- 15558). Нуклеолонемные ядрышки I и II типов, а также I и III типов имеют статистически значимые схожие величины средних диаметров ядрышковых вакуолей (р0,05;
рис.6). Нуклеолонемные с признаками сегрегации и сегрегированные ядрышки характеризуются достоверно наименьшими средними размерами стандартных вакуолей – 0,12 мкм в каждом из типов ядрышек (р0,05). В ретикулярных и ретикулярных с центральной вакуолью ядрышках стандартные вакуоли (достоверно по сравнению с другими типами) достигают максимального диаметра (р0,05). Относительное увеличение размеров стандартных ядрышковых вакуолей выявлено в классе компактно-нуклеолонемных ядрышек (р0,05). Полученные результаты являются еще одним доказательством сходства соответствующих морфофункциональных подклассов ядрышек.
К настоящему моменту нет однозначного ответа на вопрос о функциональной активности ядрышек, характеризующихся повышенной степенью вакуолизации (Челидзе, Туманшвили, 1979;
Moreno-Diaz de la Espina et al, 1980;
Olszewska et al, 1984). Полученные нами результаты показывают, что вакуолизация ядрышек не связана непосредственно с транскрипционной активностью рДНК. Подтверждением этому выводу являются схожие размеры ФЦ и разный объем вакуолярного компонента в нуклеолонемных ядрышках I, II и III типов. Тот факт, что вакуолярный компонент развит в группе компактно-нуклеолонемных ядрышек (характеризирующихся возможным нарушением транспорта прерибосомных частиц) подвергает сомнению гипотезу Deltour и de Barsy (1985) об образовании вакуолей вследствие активного выхода синтезированного продукта из ядра. Уменьшение вакуолярного компонента в ядрышках, характеризирующихся сегрегацией компонентов, вероятно, означает, что функционально неактивные ядрышки не нуждаются в вакуолярном компоненте.
Основываясь на наших данных, можно предположить, что состояние вакуолярного компонента ядрышка отражает определенные этапы биогенеза рибосом, например, процессинга прерибосомальных частиц и/или их накопления их в ядрышке.
Таким образом, каждый вариант трансгенных мышей на разных стадиях канцерогенеза характеризуется наличием в клетках печени не только определенного набора морфофункциональных типов ядрышек, но и различными количественными показателями структурных компонентов этих ядрышек. Гепатоканцерогенез, обусловленный гиперэкспрессией генов пролиферативного ответа, связан не только с активацией пролиферации клеток, но и с изменением специфических процессов метаболизма.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ Ежегодно в мире заболевает и умирает от рака печени более миллиона человек (Колосов, Журавлев, 2002). Диагностика и лечение злокачественных опухолей печени на данный момент представляют большие трудности. Основываясь на полученных нами результатах, предоставляется интересным определить особенности ультраструктурного строения клеток и морфофункциональные типы ядрышек в различных анатомических формах гепатоклеточной карциномы, в иных опухолях печени (включая холангиоклеточную карциному), в печени послеоперационных больных, при возникновении метастазов в печень и рецидивах. Эти данные могут быть положены в основу прогностических критериев опухолевого роста и, возможно, выработке методов лечения не только для рака печени, но и для опухолей иных тканей и органов Результаты настоящего исследования важны для понимания основ гепатоканцерогенеза. К сожалению, большинство сведений в этой области на данный момент имеют отрывочный характер. Необходимо последовательное, разностороннее и комплексное исследование процессов гепатоканцерогенеза. Оптимизация техник и создание алгоритма диагностики могут быть достигнуты с использованием молекулярных и иммуногистохимических методов.
ВЫВОДЫ 1. При дисплазии ткани и в опухолях печени c-myc-, c-myc/TGF- - и E2F-1-трансгенных мышей трансгенных мышей обнаруживается:
повышение уровня митотической активности и апоптотической гибели клеток, появление патологических митозов;
ультраструктурные изменения компонентов вакуолярной системы – гранулярного эндоплазматического ретикулума и аппарата Гольджи;
вариабельность структурной организации ядрышек в зависимости от стадии гепатоканцерогенеза и типа трансгенных мышей.
2. С помощью морфометрического анализа установлено:
ядрышки достигают наибольшего размера в опухолевых клетках печени у c-myc- и c-myc/TGF--трансгенных мышей и наименьшего (по сравнению с гепатоцитами мышей дикого типа) - при дисплазии и опухолевом росте в печени E2F-1-трансгенных мышей;
нуклеолонемные, нуклеолонемно-вакуолизированные и нуклеолонемно вакуолизированные с центральной вакуолью ядрышки имеют ФЦ наименьшего диаметра и развитую вакуолярную систему;
сегрегированные ядрышки обладают наиболее крупными ФЦ и самыми мелкими стандартными вакуолями;
ретикулярные ядрышки имеют самые крупные стандартные ядрышковые вакуоли.
3. Совокупность структурных изменений отражает разнообразие функциональных состояний ядрышек в процессе гепатоканцерогенеза, обусловленного гиперэкспрессией разных генов пролиферативного ответа.
4. Различия в тонком строении ядрышек могут быть связаны как с активацией пролиферации клеток, так и с нарушениями процессов метаболизма.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. Гольдина Т.А. «Признаки атипичности гепатоцитов при дисплазии печени TGFальфа/c myc-трансгенных мышей». Материалы X международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов». (Москва, 2003г).
2. Гольдина Т.А., Сысоева В.Ю., Онищенко Г.Е. «Изменения состояния клеточного центра и аппарата Гольджи при дисплазии и опухолевом росте в печени TGFальфа/c-myc трансгенных мышей». 1 Съезд Общества Клеточной Биологии. (Санкт-Петербург, 2003).
Цитология, т. 45 (9): 863-864.
3. Гольдина Т.А «Фенотипические изменения ядрышка при дисплазии и опухолевом росте в печени мышей при гиперэкспрессии генов пролиферативного ответа». VIII Всероссийская медико-биологическая конференция молодых ученых «Человек и его здоровье». (Санкт Петербург, 2005). Вестник молодых ученых, сборник материалов, стр. 28.
4. Т.А. Гольдина, Г.Е. Онищенко. «Фенотипические изменения ядрышка при дисплазии опухолевом росте в печени мышей при гиперэкспрессии генов пролиферативного ответа».
XV Всероссийское совещание «Структура и функции клеточного ядра». (Санкт-Петербург, 2005). Цитология, т. 47 (9): 804-805.
5. Coulouarn C., Gomez-Quiroz L.E., Lee J.-S., Kaposi-Novak P., Conner E.A., Goldina T.A., Onishchenko G.E., Factor V.M. and Thorgeirsson S.S. 2006. Oncogene-specific gene expression signatures at preneoplastic stage in mice define distinct mechanisms of hepatocarcinogenesis. Journal of Hepatology, vol. 44: 1003-1011.