Хроматолиз

На этом рисунке сравнивается нормальный нейрон с нейроном, подвергшимся хроматолизу после повреждения аксона. Возможна регенерация после повреждения аксона.

В клеточной нейробиологии хроматолиз — это растворение телец Ниссля в теле нейрона клетки . Это индуцированная реакция клетки, обычно вызываемая аксотомией , ишемией , токсичностью для клетки, истощением клеток, вирусными инфекциями и спячкой у низших позвоночных. Восстановление нейронов путем регенерации может происходить после хроматолиза, но чаще всего оно является предшественником апоптоза . Для явления хроматолиза также характерна выраженная миграция ядра к периферии клетки и увеличение размеров 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 теперь называется апоптозом. Хроматолиз до сих пор используется как термин, обозначающий конкретный апоптотический процесс в нейрональных клетках, при котором вещество Ниссля распадается.

История

В 1885 году исследователь Вальтер Флемминг описал умирающие клетки в дегенерирующих млекопитающих фолликулах яичников . В клетках наблюдались различные стадии пикнотического хроматина. Эти стадии включали конденсацию хроматина , которую Флемминг описал как форму «полумесяца» и выглядящую как «хроматиновые шары» или структуры, напоминающие большие, гладкие и круглые электронно-плотные массы хроматина. Другие этапы включали фракционирование клеток на более мелкие тельца. Флемминг назвал этот дегенеративный процесс «хроматолизом», чтобы описать постепенный распад ядерных компонентов. Описанный им процесс теперь соответствует относительно новому термину «апоптоз», описывающему гибель клеток .

Примерно в то же время, когда проводились исследования Флемминга, хроматолиз изучался также в лактирующих молочных железах и в рака молочной железы клетках . Наблюдение за регрессией фолликулов яичников у млекопитающих показало, что существует необходимый клеточный процесс, чтобы уравновесить пролиферацию клеток путем митоза. В это время было высказано предположение, что хроматолиз играет 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 развитии эмбриона. Было также замечено, что целостность митохондрий сохраняется во время хроматолиза.

К 1970-м годам были выявлены консервативные структурные особенности хроматолиза. Последовательные особенности хроматолиза включали конденсацию цитоплазмы и хроматина, сморщивание клеток, образование «хроматиновых шаров», интактных нормальных органелл и фрагментацию клеток, наблюдаемую по отпочковыванию фрагментов, заключенных в клеточную мембрану. Эти отпочковавшиеся фрагменты были названы «апоптотическими тельцами», отсюда и появилось название «апоптоз» для описания этой формы гибели клеток. Авторы этих исследований, скорее всего, незнакомые со старыми публикациями по хроматолизу, по существу описывали апоптоз как процесс, идентичный хроматолизу.

Виды хроматолиза

Микрофотография переднего рога спинного мозга с большим увеличением, на которой показаны мотонейроны с центральным хроматолизом, визуализированные с помощью окрашивания гематоксилином и эозином. Хроматолитические клетки на изображении выглядят набухшими и лишены темно-фиолетового вещества внутри.

Центральный хроматолиз

Центральный хроматолиз является наиболее распространенной формой хроматолиза и характеризуется потерей или рассеиванием телец Ниссля, начиная с ядра в центре нейрона и затем распространяясь по периферии к плазматической мембране. Характерным для центрального хроматолиза также является смещение ядра к периферии перикариона . Другие клеточные изменения наблюдаются в процессе центрального хроматолиза. Процесс растворения Ниссля менее выражен по направлению к периферии тела клетки нейрона, где могут присутствовать нормально выглядящие тельца Ниссля. гиперплазия нейрофиламентов , однако ее Часто наблюдается степень варьирует. Число аутофагических вакуолей и лизосомальных структур часто увеличивается во время центрального хроматолиза. Изменения могут также происходить в других органеллах, таких как аппарат Гольджи и нейротрубочки . Однако точное значение этих изменений в настоящее время неизвестно. В нейронах, подвергшихся перерезке аксона, центральный хроматолиз наблюдается в области между ядром и аксонным бугорком после.......

Периферический хроматолиз

Периферический хроматолиз встречается гораздо реже, но сообщалось, что он возникает после аксотомии и ишемии у некоторых видов. Периферический хроматолиз по существу является противоположностью центрального хроматолиза, при котором распад телец Ниссля инициируется на периферии нейрона и распространяется внутрь по направлению к ядру клетки. Было обнаружено, что при хроматолизе, индуцированном литием, происходит периферический хроматолиз, и он может быть полезен при исследовании и опровержении гипотезы о том, что волны ферментативной активности всегда распространяются из перинуклеарной области или области, расположенной вокруг ядра, к периферии клетки.

Причины

Изображение аксотомированного спинального мотонейрона с тельцами Ниссля и липофусцином . Розовые структуры представляют собой тельца Ниссля, а синие и желтые структуры представляют собой гранулы липофусцина. При хроматолизе мотонейронов эти розовые структуры растворяются.

Аксотомия

Когда аксон повреждается, весь нейрон реагирует, обеспечивая повышенную метаболическую активность, необходимую для регенерации аксона. Часть этой реакции включает структурные изменения, вызванные событием хроматолиза. Увеличение ядерных компонентов вследствие аксотомии можно объяснить изменением цитоскелета клетки . Цитоскелет поддерживает ядерные компоненты клетки и размер тела клетки в нейронах. Увеличение количества белка внутри нейрона приводит к такому изменению цитоскелета. Например, в нейронах, подвергающихся хроматолизу, увеличивается количество фосфорилированных белков нейрофиламентов и компонентов цитоскелета, тубулина и актина . Увеличение количества белка можно объяснить увеличением размера цитоскелета. Изменения в цитоскелете клеточного тела, по-видимому, ответственны за усиление эксцентриситета ядра после аксонального повреждения.

Одна из гипотез, лежащих в основе частоты хроматолиза после аксотомии, заключается в том, что укорочение аксона предотвращает включение аксонального цитоскелета, который формируется в поврежденном нейроне. Ядерный эксцентриситет можно объяснить наличием избыточного аксонального цитоскелета между ядром и аксонным бугорком, что вызывает хроматолиз. Вторая гипотеза предполагает, что блокировка аксональных цитоскелетных белков вызывает хроматолиз.

Аксотомия также вызывает потерю базофильного окрашивания в случае центрального хроматолиза нейрональной клетки. Потеря окраски начинается вблизи ядра и распространяется к аксонному бугорку. Базофильный ободок образуется в результате сжатия цитоплазматического скелета в результате хроматолиза.

Интоксикация акриламидом

Было показано, что интоксикация акриламидом является фактором индукции хроматолиза. В одном исследовании группам крыс вводили акриламид А- и В-клеточные перикарии их дорсального корешкового ганглия в течение 3, 6 и 12 дней и исследовали L5. Морфологических изменений в В-клеточном перикарии не было, однако А-клеточный перикарий демонстрировал хроматолиз у 11% и 23% популяции в группах 6 и 12 дней соответственно. Для целей исследования А-клетки были определены как нейроны ганглиев, ядрышко которых было большим и расположено в центре ядра, тогда как В-клетки имели множество ядрышек, расположенных по периферии ядра. Интоксикация акриламидом гистологически и механически напоминает нервную аксотомию. В каждом случае нейрон подвергается хроматолизу и атрофии тела клетки и аксона. Кроме того, оба, по-видимому, механически связаны с нарушением доставки нейрофиламентов к аксону из-за снижения транспорта трофического фактора из аксона в тело клетки.

Литий

Воздействие лития также использовалось как метод индукции хроматолиза у крыс. Исследование включало введение больших доз хлорида лития самкам крыс Льюиса в течение нескольких дней. Исследование ганглиев тройничного нерва и дорсальных корешков выявило в этих клетках периферический хроматолиз. В клетках наблюдалось уменьшенное количество телец Ниссля по всей клетке, особенно в периферической цитоплазме, где тельца Ниссля полностью отсутствовали. Использование лития в качестве метода индукции периферического хроматолиза может быть полезно для будущих исследований хроматолиза из-за его простоты и того факта, что он не вызывает смещения ядра.

Сопутствующие заболевания

Боковой амиотрофический склероз (АЛС)

Центральный хроматолиз наблюдался в передних рогах спинного мозга и мотонейронах пациентов с боковым амиотрофическим склерозом (БАС). У пациентов с БАС наблюдаются значительные изменения, происходящие в хроматлизированных нейрональных клетках. Эти изменения включают плотные конгломераты агрегированных темных митохондрий и пресинаптических везикул , пучки нейрофиламентов и заметное увеличение количества пресинаптических везикул. Также наблюдались изменения в функции мотонейронов. Наиболее типичным функциональным изменением хроматолитических мотонейронов является значительное уменьшение размеров моносинаптических возбуждающих постсинаптических потенциалов (ВПСП). Эти моносинаптические ВПСП также, по-видимому, продлеваются в хроматлизированных клетках пациентов с БАС. Это функциональное изменение в нейронах переднего рога может привести к устранению определенных возбуждающих синаптических входов и, таким образом, привести к клиническому нарушению двигательной функции, характерному для заболевания БАС.

Болезнь Альцгеймера и болезнь Пика

Болезнь Альцгеймера — серьезное нейродегенеративное заболевание, сопровождающееся отмиранием нейронов и синапсов. Хроматолиз наблюдался в нейронах пациентов с болезнью Альцгеймера, часто как предшественник апоптоза. Хроматолитические клетки также наблюдались при патологически похожем заболевании, известном как болезнь Пика . В самых последних исследованиях наблюдался хроматолиз в клетках крыс, подвергшихся отравлению медью или алюминием, которые, как предполагается, участвуют в патогенезе болезни Альцгеймера.

Идиопатический хроматолиз нейронов 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 ИБНЦ у крупного рогатого скота клинически аналогичны симптомам, характеризующимся губчатой ​​энцефалопатией крупного рогатого скота , иначе известной как коровье бешенство. Эти симптомы включали тремор, отсутствие координации мышечных движений, беспокойство и потерю веса. На клеточном уровне ИБНК характеризуется дегенерацией нейронов и аксонов ствола мозга и черепных нервов . Заболевание также имеет значительную корреляцию с аномальной маркировкой прионного белка (PrP) в мозге. ИБНК характеризуется тяжелой деградацией нейронов, аксонов и миелина , сопровождающейся неподдерживающим воспалением и губчатыми изменениями различных областей серого вещества. Также наблюдалась значительная потеря нейронов из-за дегенерации гиппокампа. Нейроны дегенеративного хроматолиза редко обнаруживают внутрицитоплазматическую маркировку PrP.

Алкогольная энцефалопатия

Сообщалось о хроматолизе у пациентов с алкогольной энцефалопатией. Центральный хроматолиз наблюдался преимущественно среди нейронов ствола мозга, особенно в ядрах моста и зубчатых ядрах мозжечка. Поражались также ядра черепных нервов, дугообразные ядра и клетки задних рогов. Исследования пациентов с алкогольными энцефалопатиями свидетельствуют о центральном хроматолизе. наблюдалась дегенерация спинного мозга от легкой до тяжелой степени . У пациентов с болезнью Маркиафавы-Бигнами и синдромом Вернике-Корсакова (обе формы энцефалопатии, связанные с алкоголем)

Будущие исследования

Механизмы и сигналы хроматолиза были впервые подробно исследованы в 1960-х годах и до сих пор заслуживают дальнейшего изучения. Ясно, что аксотомия является одним из наиболее прямых индукторов хроматолиза, и если будут проведены дальнейшие исследования для выяснения конкретных путей, которые связывают аксональное повреждение с хроматолизом, то можно будет разработать потенциальные методы лечения для остановки хроматолитического ответа нейронов и уменьшения вредных эффектов. дегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера и БАС.