Введение к работе
Актуальность проблемы. Важнейшим направлением в развитии биологии тетки на современном этапе является исследование цитоскелета - комплекса яиверсальных, динамичных и гетерогенных филаментных систем эукариотических петок с локализацией их в цитоплазме (микротрубочки, промежуточные филаменты микрофиламенты), внутренней ядерной (ламин) и плазматической (сеть тектриноподобного белка) мембранах.
Цитоскелет активно участвует в процессах развития, поддержания и зменения формы клеток, морфогенезе, митозе, цитокинезе, эндо- и экзоцитозе, окализации и закреплении ядра с обеспечением ядерно-плазмалеммальных связей, бразовании специализированных клеточных структур (ресничек, микроворсинок и внеклеточных контактов), осуществлении механической интеграции и транспорта яутриклеточных компонентов, генерации и стабилизации клеточной полярности.
Исследования структуры цитоскелета эукариотических клеток наиболее нтенсивно проводятся в последние 15-20 лет. К настоящему времени в литературе редставлены как обзорные работы (Lazarides, 1982; Osborn et al., 1982; Банников, 584; Гельфанд, Розенблат, 1984; Fulton, 1984; Traub, 1985; Bershadsky, Vasiliev, 1987; рояновский, 1987; Small, 1988; Steinert, Roop, 1988; Поглазов, Бурнашева, 1989; jrschner, 1989; Drenckhahn, 1990; Georgatos, 1993), так и оригинальные сследования по структуре цитоскелета в клетках различных органов и тканей нологических объектов (Duden et al., 1990; Feltkamp et al., 1990; Fuhrmann et al., 990; Gottlieb et al., 1993; Bums, 1995) , включая клетки почек животных и человека Иеров, Пауков, 1975; Бершадский и др. 1979; Andrews, 1981, 1988; Andrews, offey, 1983; Серов, 1984; Drenckhahn, Franke, 1988; Свиткина, 1989; Franke, renckhahn, 1989; Нога et al., 1990; Daniels, 1993; Lafont et al., 1994). Вместе с тем, в нтературе отсутствуют данные по широкому сравнительно-морфологическому аализу строения цитоскелета клеток нефрона позвоночных (Наточин, 1994).
Почки являются одним из наиболее полифункциональных органов (осмо-элюмо- и ионная регуляция, поддержание кислотно-основного равновесия, секреторные и инкреторные процессы), но вся их деятельность подчинена одной ели - стабилизации постоянства объема и состава жидкостей внутренней среды рганизма. Принимая во внимание важное значение цитоскелета для дариотических клеток, исследование структурных особенностей цитоскелетных іементов в клетках нефрона у представителей различных классов и экологических эупп позвоночных позволяет определить основные принципы становления и азвития цитоскелета исследуемых клеток, как в пределах отдельных классов эзвоночных , так и типа в целом. В то же время изучение цитоскелетных основ эстроения клеток нефрона способствует глубокому пониманию закономерностей ггуляторных механизмов почечной функции на ультраструктурном уровне. Данные роли цитоскелета в функционировании клеток нефрона особенно актуальны при ассмотрении принципов эволюции специализированных почечных клеток у эзвоночных.
Настоящая работа является составной частью планов НИР Мурманског морского биологического института КНЦ РАН, но выполнялась также в рамка Всесоюзного Координационного плана НИР по направлению "Физиологи висцеральных систем" (раздел 2.3.6.2. "Функциональная морфология и биохими почки") на 1986-1990 гг.; Всесоюзной Программы "Функциональная организаци системы регуляции водно-солевого гомеостаза", утвержденной Отделение; физиологии Академии наук на 1991-1995 гг.; Координационного тематическог плана Научного совета по геронтологии и гериатрии АМН СССР и проблемно комиссии "Биологические основы старения" Научного совета АН СССР и AMI СССР по физиологии человека на 1991-1995 гг.
Цель и задачи исследования. Основная цель работы состояла в изучении сравнительном морфологическом анализе характерных особенностей строени цитоскелега клеток нефрона у различных позвоночных животных и человека. Цел исследования определила ряд конкретных задач:
установить закономерности в строении цитоскелета гломерулярных клеток нефрона у представителей основных классов позвоночных животных и человека;
изучить строение цитоскелета гломерулярных клеток нефрона в зависимости от возраста у отдельных видов животных и человека;
определить и дать цитоскелетную характеристику основным специализированным образованиям клеток почечных канальцев позвоночных;
выявить белковый состав цитоскелетных структур в клетках нефрона;
на ультраструктурном уровне локализовать возможные энергетические источники функционирования цитоскелета клеток нефрона позвоночных.
Научная новизна. Проведенные исследования позволили впервые:
показать, что в цитоскелете подоцитов у представителей позвоночных от круглоротых до млекопитающих прослеживается тенденция к замещению системы промежуточных филаментов системой микротрубочек;
установить, что в процессе индивидуального развития и старения в почках высших животных и человека происходят морфофизиологические изменения, вызывающие перестройку цитоскелета подоцитов, которая сопровождается интенсивным развитием системы промежуточных филаментов с одновременным уменьшением количества микротрубочек и микрофиламентов;
показать, что функциональное состояние главного селективного барьера в процессах почечной ультрафильтрации, состоящего из комплекса фильтрационных щелей и щелевых диафрагм, определяется размерами и формой отростков подоцитов, изменяющихся под воздействием цитоскелета, представленных у низших позвоночных и рептилий промежуточными филаментами, а у птиц и млекопитающих микрофиламентами;
постулировать существование в почечных гломерулах позвоночных
животных и человека двух популяций подоцитов, отличающихся по
топографии и функциональному назначению;
установить, что подоциты низших позвоночных занимают промежуточное
положение между истинными эпителиальными (по наличию десмосом) и
эпителиоидньши (по содержанию виментина) клетками;
обнаружить, что плазмалемма подоцитов и их отростков представляет домен,
где протекают процессы гликолитического фосфорилирования, в ходе
которых генерируются молекулы АТФ, необходимые для энергетического
обеспечения эффективного функционирования цитоскелета подоцитов;
установить, что цитоскелет клеток гломерулярного эндотелия определяет
морфологические параметры эндотелиальных фенестр, а цитоскелет
мезангиальных клеток имеет развитую систему микротрубочек;
показать, что действие цитоскелета клеток фильтрационного барьера
дополняет основные физико-химические силы, управляющие переносом
жидкости и растворенных веществ через гломерулярный фильтр;
считать терминальную сеть клеток эпителия почечных канальцев аналогом
цитоскелета, сформированного цитокератиновыми промежуточными
филаментами и микрофиламентами межклеточных контактов, корешками
стержневых актиновых пучков микроворсинок, а в ресничных клетках -
корешками базального аппарата ресничек.
Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты исследований первые охарактеризовали эволюцию цитоскелета клеток нефрона у позвоночных, [олученные данные могут явиться основой для проведения дальнейших исследований области сравнительной морфологии цитоскелета в различных эукариотических четках. Результаты работы можно использовать в учебном процессе на кафедрах иологии и гистологии медицинских вузов и в других институтах биологического рофиля. Установленные возрастные изменения цитоскелета подоцитов человека тедует учитывать при дифференциальной диагностике заболеваний почек, езультаты работы используются в исследовательской работе ряда учреждений: Ькевской государственной медицинской академии, Самарского государственного едицинского университета, С.-Петербургского университета, НИИ питания РАМН, [нститута биологии Карельского научного центра РАН и др.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и бсуждались на рабочем совещании "Теоретические и математические аспекты орфогенеза", Суздаль, 1983; IV Всесоюзном совещании "Немышечные формы одвижности", Чернигов, 1984; I Всесоюзной конференции по проблемам эволюции, Іосква, 1985; VII Всесоюзной конференции по физиологии почек и водно-солевого эмена, Чернигов, 1985; Всесоюзном симпозиуме "Современные методы электронной икроскопии в биологии и медицине" Звенигород, 1986; V Всесоюзном совещании по гмышечным формам подвижности, Чернигов, 1988; IV Всесоюзной конференции по ітологии клетки, Москва, 1987; IV Всесоюзной конфереции по раннему онтогенезу
рыб, Мурманск, 1988; III Всесоюзном совещании по лососевидным рыбам, Тольятти 1988; II Всесоюзной конференции "Экология, биологическая продуктивность і проблемы марикультуры Баренцева моря", Мурманск, 1988; XIII Всесоюзної конференции по электронной микроскопии, Звенигород, 1988; Международно! симпозиуме "Эволюционная биология. Теория и практика", Пльзень, Чехословакия Международном конгрессе по биологии клетки, Монреаль, Канада, 1988; ) Юбилейном конгрессе по анатомии, гистологии и эмбриологии, Стара Загора Болгария, 1989; IX Международной конференции по эволюционной биологии, Прага Чехословакия, 1989; VIII Всесоюзной конференции по физиологии почек и водно солевого обмена, Харьков, 1989; Всесоюзной конференции по физиологии морски организмов, Мурманск, 1989; X Всесоюзном совещании по эволюционно: физиологии памяти акад. Л.А.Орбели, Ленинград, 1990; I Мировом конгрессе го клеточной и молекулярной биологии, Париж, Франция, 1991; XIV Конференция го электронной микроскопии, Черноголовка, 1992,; IX Международном конгерессе п< гистохимиии и цитохимии, Маастрихт, Нидерланды, 1992; V Международно! конгрессе по клеточной биологии, Мадрид, Испания, 1992; X Европейском конгресс по электронной микроскопии, Гранада, Испания, 1992; XIII Международно! конгрессе по электронной микроскопии, Париж, Франция, 1994; Симпозиум "Физиология почек и водно-солевого обмена", посвященного 100-летю А.Г.Гинецинского, Новосибирск, 1995; Международной конференции "Современно состояние и перспективы исследований Баренцева, Карского морей и мор Лаптевых", Мурманск, 1995; 1(Х1) Международном совещании и школе п эволюционной физиологии, С.-Петербург, 1996; XI европейском конгрессе п электронной микроскопии, Дублин, Ирландия, 1996; XVI Российской конференции п электронной микроскопии, Черноголовка, 1996..
Публикации. По теме диссертации опубликовано 49 научных работ, в тої числе 20 в центральных и зарубежных журналах, 25 в трудах различных конгрессов конференций.
Объем и структура работы. Диссертацию составляют два тома. Первый то; включает 232 страницы машинописного текста и состоит из введения, 6 глаї заключения, выводов, списка основных публикаций по теме диссертации и указател литературы, включающего 121 отечественных н 737 зарубежных авторов, трет источников представлено за последние десять лет. Второй том включает условны обозначения, 7 схем и 116 рисунков.