Хроматолиз - Chromatolysis
Хроматолиз - это растворение тел Ниссля в теле клетки нейрона. Это индуцированный ответ клетки, обычно вызываемый аксотомией , ишемией , токсичностью для клетки, истощением клеток, вирусными инфекциями и гибернацией у низших позвоночных. Восстановление нейронов путем регенерации может происходить после хроматолиза, но чаще всего это предвестник апоптоза . Событие хроматолиза также характеризуется заметной миграцией ядра к периферии клетки и увеличением размера ядрышка , ядра и тела клетки. Термин «хроматолиз» первоначально использовался в 1940-х годах для описания наблюдаемой формы гибели клеток, характеризующейся постепенным распадом ядерных компонентов; процесс, который сейчас называется апоптозом. Хроматолиз все еще используется как термин для обозначения конкретного апоптотического процесса в нейрональных клетках, при котором вещество Ниссля распадается.
История
В 1885 году исследователь Вальтер Флемминг описал умирающие клетки в дегенерирующих фолликулах яичников млекопитающих . В клетках наблюдались различные стадии пикнотического хроматина. Эти стадии включали конденсацию хроматина , которую Флемминг описал как форму «полумесяца» и появление «шариков хроматина» 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 сейчас описал, соответствует относительно новому термину апоптоз для описания гибели клеток .
Примерно в то же время, когда проводились исследования Флемминга, хроматолиз также изучался в кормящих молочных железах и в клетках рака груди . 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 замечено, что целостность митохондрий сохраняется во время хроматолиза.
К 1970-м годам были выявлены консервативные структурные особенности хроматолиза. Согласованные особенности хроматолиза включают конденсацию цитоплазмы и хроматина, сжатие клеток, образование «хроматиновых шариков», интактных нормальных органелл и фрагментацию клеток, наблюдаемую 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.
Виды хроматолиза
Центральный хроматолиз
Центральный хроматолиз является наиболее распространенной формой хроматолиза и характеризуется потерей или дисперсией телец Ниссля, начиная с ядра в центре нейрона, а затем распространяясь по периферии к плазматической мембране. Также для центрального хроматолиза характерно смещение ядра к периферии перикариона . 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. Гиперплазия из нейрофиламентов часто наблюдается, 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 бугорком аксона после .......
Периферический хроматолиз
Периферический хроматолиз встречается гораздо реже, но, как сообщается, у некоторых видов он происходит после аксотомии и ишемии . 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.
Причины
Аксотомия
Когда аксон поврежден, весь нейрон реагирует, обеспечивая повышенную метаболическую активность, необходимую для регенерации аксона. Часть этой реакции включает структурные изменения, вызванные событием хроматолиза. Увеличение ядерных компонентов из-за аксотомии можно объяснить изменением цитоскелета клетки . Цитоскелет поддерживает ядерные компоненты клетки и размер тела клетки в нейронах. Увеличение количества белка в нейроне приводит к этому изменению цитоскелета. Например, в нейронах, подвергающихся хроматолизу, увеличивается количество фосфорилированных белков нейрофиламентов и компонентов цитоскелета, тубулина и актина . Увеличение белка можно объяснить увеличением размера цитоскелета. Изменения в цитоскелете клеточного тела, по-видимому, ответственны за усиление ядерного эксцентриситета после повреждения аксонов.
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.
Аксотомия также вызывает потерю базофильного окрашивания в случае центрального хроматолиза нейрональной клетки. Утрата окраски начинается вблизи ядра и распространяется к бугорку аксона. Базофильный ободок образуется, когда хроматолиз сжимает цитоплазматический скелет.
Отравление акриламидом
Было показано, что интоксикация акриламидом вызывает хроматолиз. В одной из исследуемых групп крысам вводили акриламид в течение 3, 6 и 12 дней и исследовали перикарионы A- и B-клеток их ганглия дорзального корешка L5 . Морфологических изменений перикария 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 A-клетки были определены как нейроны ганглиев, ядрышко которых было большим и располагалось в центре ядра, тогда как B-клетки имели множество ядрышек, распределенных по периферии их ядра. Акриламидная интоксикация гистологически и механически напоминает нервную аксотомию. В каждом случае нейрон подвергается хроматолизу и атрофии тела клетки и аксона. Также оба кажутся механически связанными с нарушением доставки нейрофиламента к аксону из-за снижения транспорта трофического фактора от аксона к телу клетки.
Литий
Воздействие лития также использовалось как метод индукции хроматолиза у крыс. Исследование включало инъекцию больших доз хлорида лития самкам крыс Льюис в течение нескольких дней. При обследовании ганглиев тройничного нерва и задних корешков в этих клетках обнаружен 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.
Сопутствующие заболевания
Боковой амиотрофический склероз (БАС)
Центральный хроматолиз наблюдался в переднем роге спинного мозга и мотонейронах пациентов с боковым амиотрофическим склерозом (БАС). Пациенты с БАС, по-видимому, имеют значительные изменения, которые происходят в хроматолизированных нейрональных клетках. Эти изменения включают плотные конгломераты агрегированных темных митохондрий и пресинаптических везикул , пучки нейрофиламентов и заметное увеличение пресинаптических везикул. Также наблюдались изменения функции моторных нейронов. Наиболее типичным функциональным изменением хроматолитических мотонейронов является значительное уменьшение размеров моносинаптических возбуждающих постсинаптических потенциалов (ВПСП). 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.
Болезнь Альцгеймера и болезнь Пика
Болезнь Альцгеймера - это серьезное нейродегенеративное заболевание, при котором происходит отмирание 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 . Самые последние исследования наблюдали хроматолиз в клетках крыс, подвергшихся отравлению медью или алюминием, которые, как предполагается, участвуют в патогенезе болезни Альцгеймера.
Идиопатический нейрональный хроматолиз ствола мозга
Тяжелый нейрональный хроматолиз был обнаружен в стволах мозга взрослого крупного рогатого скота с нейродегенеративным состоянием, известным как идиопатический нейрональный хроматолиз ствола мозга (IBNC). Симптомы IBNC у крупного рогатого скота клинически схожи с симптомами губчатой энцефалопатии крупного рогатого скота , также известной как коровье бешенство. Эти симптомы включали тремор, нарушение координации движений мышц, беспокойство и потерю веса. На клеточном уровне IBNC отмечается дегенерацией нейронов и аксонов в стволе мозга и черепных нервах . Заболевание также имеет значительную корреляцию с аномальной маркировкой прионного белка (PrP) в головном мозге. IBNC характеризуется тяжелой деградацией нейронов, аксонов и миелина , сопровождающейся неподдерживающим воспалением и изменениями губчатой формы различных областей серого вещества. Также наблюдалась значительная потеря нейронов из-за дегенерации гиппокампа. Вырожденные нейроны хроматолиза редко обнаруживали внутрицитоплазматическое мечение PrP.
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 дорожек спинного мозга наблюдалась у пациентов с болезнью Маркиафавы – Бигнами и синдромом Вернике – Корсакова , обе формы энцефалопатии, связанные с алкоголем.
Будущие исследования
Механизмы и сигналы хроматолиза были впервые глубоко изучены в 1960-х годах и до сих пор заслуживают дальнейшего изучения. 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.