Ультраструктурные основы трансэпителиальной проницаемости : Транцеллюлярный и парацеллюлярный транспорт веществ

• Автор: Снигиревская, Екатерина Сергеевна
• Шифр специальности: 03.00.25
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1997
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 71 с.; 20х15 см

у" /'

л- #

г/ «су'
РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ЦИТОЛОГИИ
нп прпвпх рукописи УДК 5X2.232:576.316:576
СНИПІРЕВСКАЯ Екатерина Сергеевна

УЛЬТРАСТРУКТУРНЫЕ основы ТР А Н СЭII11 ТЕЛ11А Л Ы10II ПРОНИЦАЕМОСТИ (трансцеллюлярнып п паранеллюлирнын транспорт веществ)

' 03.00,25 / Клеточная биология
ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени доктора биологических наук в форме научного доклада
Санкт-Петербург

1. Общая характеристика работы
1.1 Актуальность проблемы
Эпителии представляют собой наиболее ярко выраженный тип тканей, сформированных полярными клетками. Выстилая полости всех внутренних органов и механически защищая их, эпителии регулируют гомеостаз ионов, неэлектролитов и воды в разных компартментах организма и участвуют в продукции экстрацеллюлярных компонентов тканей. Проблема трансэпителиальной проницаемости является одной из центральных фундаментальных проблем клеточной биологии. Несмотря на то чго процессы транспорта веществ через различные эпителии исследуются уже со второй половины XIX столетия, до сих пор в этой проблеме остается много спорных вопросов, решение которых важно не только для фундаментальной науки, но и для ряда медицинских проблем. Для объяснения механизмов транспорта питательных веществ, воды и ионов в желудочно-кишечном тракте и в осморегулирующих органах млекопитающих предлагались альтернативные точки зрения (трансцеллюлярный или параисллюлярный путь транспорта), поочередно доминирующие в литературе в зависимости от получения новых фактов.
Большой прогресс в понимании путей и механизмов трансэпителиального транспорта был сделан за последние 30 лет. Сочетание современнных физиологических и морфологических подходов позволило до некоторой степени приблизиться к разрешению ряда вопросов. Так, были открыты явления рецептор-опосредованного эндоцитоза для поглощения макромолекулярных питательных веществ (Goldstein et al., 1985); примембранного пищеварения в тонкой кишке млекопитающих (Уголев, 1962); расшифрованы на биохимическом уровне механизмы регуляции вазопрессином транспорта воды в плотных эпителиях (см. Иванова, Наточин, 1987); открыто явление межклеточной коммуникации (Loevvenstein, Kanno, 1964); обнаружены белки водных каналов - аквапорины (Agre et al., 1993) и каналов, осуществляющих межклеточный обмен ионами и метаболитами - коннексины (Goodenough, Musil, 1993). Однако, многие вопросы о морфологических путях транспорта веществ через эпителии еще ждут своего разрешения.
Экспериментальная стимуляция транспорта веществ через различные . тсани дает возможность изучать процессы, связанные с поглощением и переносом веществ через клетку, такие, как рецепция лиганда, проведение нала через плазматическую мембрану и через клетку, ответ клетки на | физиологические воздействия. Эксперименты, позволяющие дозировать нагрузку и количественно регистрировать всасывание и транспорт расследуемых веществ, обеспечивает проведение структурных исследований строго определенных физиологических условиях.

13 настоящее время в мире существует всего несколько исследовательских групп, занимающихся структурно-функциональным анализом транспортирующих эпителиев ( группа проф. Бурге во Франции, группы проф. Хейса, проф. Вейда и проф. Паппенгеймера в Америке). Каждая из этих групп занимается изучением одного типа эпителия с применением одного-двух методов электронной микроскопии. В связи с этим представляется актуальным комплексный подход к изучению проблемы проницаемости эпителиев с использованием разных объектов исследования и широкого спектра многообразных структурных методов.
1.2. Цель н задачи исследования
Целью настоящей работы было выявление путей транспорта различных веществ (мало- и крупномолекулярных питательных веществ, изотонической жидкости, воды) через разные типы эпителиев (проницаемые и плот ные), клеточные культуры , ооциты насекомых, клетки простейших.
Для решения проблемы траисэиителиальной проницаемости был поставлен ряд задач:
1) изучить роль апикальной мембраны полярных эпителиальных клеток и плазматической мембраны одиночных клеток - ооцигов при стимуляции транспортных процессов;
2) оценить вклад межклеточных контактов в транспорт веществ между соседними клет ками и через эпителиальные слои;
3) исследовать участие внутриклеточных оргапелл - элементов цитоскелета и вакуолярной системы клеток в трансцеллюлярном транспорте веществ;
4) проследить судьбу комплекса лиганд-рецептор в процессе вителлогенеза ооцита комара.
1.3. Научная новизна работы
Впервые проведено сравнительное исследование апикальных мембран двух типов эпителия: проницаемого - тонкой кишки крыс и плотного - мочевого пузыря лягушки и установлены существенные различия в их структурном организации.
Получены абсолютно новые данные о возможности стимуляции водных потоков в плотном эпителии мочевого пузыря лягушки не только антидиуретичееким гормоном, но и отмывкой из эпителия физиологически активных веществ липидной природы, аутакоидов, способствующих сохранению низкого уровня водной проницаемости мочевого пузыря в норме. При стимуляции водного транспорта обоими способами обнаружены одни и те же изменения апикальной мембраны, свидетельствующие о встраивании в неё доменов с высокой водной проницаемостью.

Рис. 9. При стимуляции больших водных потоков через эпителий мочевого пузыря лягушки в гранулярных клетках появляются крупные вакуоли, располагающиеся в области аппарата Голыши.
Наряду с появлением крупных вакуолей в цитоплазме гранулярных клеток при воздействии АДГ происходит изменение локализации специфических гранул. Наиболее четко миграция гранул к апикальной мембране выражена в отсутствие осмотического градиента. При использовании метода замораживания-замещения часто наблюдаются картины слияния мембран гранул с апикальной мембраной, тогда как при использовании стандартных методов электронной микроскопии этот, по-видимому, быстрый процесс выявить удается крайне редко. Перед полным слиянием мембран гранул с апикальной мембраной целостность мембран гранул нарушается и в таких гранулах выявляются тубулярные структуры с диаметром 35-40 нм. В большинстве случаев гранулы, мембраны которых сливаются с апикальной мембраной, обладают содержимым с низкой электронно-оптической плотностью. Содержимое этих гранул как бы растворяется в цитоплазме, не экзоцигируясь в экстрацеллюлярное пространство.
3.2.5. Участие цнгоскелета во внутриклеточном транспорте воды
В последние годы большое внимание при анализе механизмов стимулируемого АДГ водного транспорта было уделено участию цитоскелетных элементов клеток: микротрубочек и микрофиламентов. В ряде работ было показано, что апикальная плазматическая мембрана клеток плотных эпителиев является не единственным барьером для