Журнал эволюционной биохимии и физиологии

Понимание молекулярных механизмов созревания ооцита, равно как и раннего эмбрионального развития, имеет фундаментальное значение не только для эмбриологии, но и для медицинской биологии. Однако трудности экспериментальных исследований этого круга проблем у млекопитающих, тем более у человека — очевидны. Также хорошо известно, что многие ключевые процессы и механизмы оогенеза — раннего эмбриогенеза весьма эволюционно консервативны. Они могут быть отслежены с уровня наиболее исследованных модельных беспозвоночных, таких как дрозофила D. melanogaster и круглый червь C. elegans, до млекопитающих и человека. В этом обзоре мы на примере этих модельных беспозвоночных, в сравнении с модельными позвоночными, обсудим консерватизм таких ключевых процессов и механизмов, как: (1) транспорт/локализация мРНК молекулярными моторами; (2) кальциевая волна; (3) транспорт/локализация молекул токами цитоплазмы; (4) сегрегация молекул-детерминант протеиновыми сетями PAR; (5) сегрегация молекул-детерминант актиновыми филаментами и миозинами. Самая общая проблема этой области — как организуются и реорганизуются цитоскелетные структуры и протеиновые сети и как они при этом взаимодействуют с кальциевыми волнами, с токами цитоплазмы и с активным транспортом молекулярными моторами. Важно, что эти консервативные процессы взаимодействуют друг с другом, и способы и механизмы их взаимодействия также имеют тенденцию быть консервативными. Так, транспорт детерминант развития моторами по цитоскелету взаимосвязан практически со всеми остальными процессами. Существенно и то, что эти процессы и механизмы также имеют тенденцию составлять консервативные сценарии. Так, прототипический сценарий кальциевая волна → реорганизация актимиозинового цитоскелета → генерация цитоплазматических токов прослеживается вплоть до млекопитающих и человека, и его легче изучать в деталях на моделях. Наконец, многие из рассматриваемых консервативных компонентов оказываются вовлеченными в патологические процессы, включая онкологию. Так, гены и кодируемые ими факторы сети PAR, ключевые для механизмов клеточной поляризации, охарактеризованы как онкогены/онкофакторы для ряда модельных объектов. Анализ масштабных исследований процессов и механизмов раннего развития модельных организмов поднимает ряд общеэволюционных вопросов, обсуждаемых в заключение этого обзора.

Цель настоящей работы состояла в иммуногистохимическом исследовании нервных аппаратов и мышечных структур легкого крысы на ранних этапах постнатального онтогенеза. Объектами изучения служили экстрамуральные и интрамуральные отделы легкого (трахея, главные бронхи и долевые отделы легкого, включая респираторный отдел) крыс Вистар в возрасте от одних до четырнадцатых суток. Нервные структуры изучали с помощью иммуногистохимических маркеров: белок PGP 9.5, тирозингидроксилазу, синаптофизин; для выявления мышечных клеток использовали актин саркомерный. Установлено, что у новорожденных крыс плотность распределения холинергических структур (парасимпатических ганглиев, микроганглиев нервных сплетений и терминальных синаптических сетей) преобладает над катехоламинергическими (симпатическими нейронами и пучками постганглионарных волокон). Выраженные ганглиозные сплетения имеются вокруг трахеи и главных бронхов. Обнаружена закономерность изменения иннервации тканей в стенке бронхов легкого в кранио-каудальном направлении: для проксимальных отделов характерна высокая плотность распределения нервных сплетений, в альвеолярных областях — их отсутствие. Прослежены тесные взаимоотношения основного терминального нервного сплетения с клетками мышечной ткани стенки бронхов разных калибров вплоть до бронхиол. Отмечена слабая иннервации клеточных элементов в дольках вокруг легочных мешочков и отсутствие нервных терминалей в межальвеолярных септах. С помощью реакции на белок S100β в альвеолярном отделе выявлены отростчатые клеточные элементы, морфологически сходные с глиальными клетками Кахаля, без включенных в их цитоплазму аксонов. Отмечена важная особенность: мышечная стенка магистральных легочных вен средостения и краниального отдела легкого состоит из пучков кардиомиоцитов, а в альвеолярных отделах стенка легочной вен мелкого калибра–преимущественно из гладких миоцитов и образованных ими сфинктеров. Вопросы о различиях гистологического строения и иннервации приносящих, выносящих и обменных артериальных и венозных сосудов микроциркуляторного русла легкого, требуют дальнейшего специального изучения. Отмечено отсутствие в исследованном материале на ранних сроках развития бронхо-ассоциированной лимфоидной ткани, характерной для половозрелых животных. Установлена синхронность возникновения межнейронных и нейро-мышечных синапсов, имеющих значение для регуляции начала процесса дыхания у животного.

Методами флуоресцентной конфокальной микроскопии изучали влияние специфических блокаторов (ω-конотоксин GVIA, ω-агатоксин IVA, нитрендипин, SNX-482, мибефрадил) потенциал-зависимых Са²⁺-каналов N, P/Q, L, R, T-типов, а также ингибитора фермента гликоген-синтазы киназы-3 GSK3 (1-азакенпауллон) на процессы экзо-эндовезикулярного цикла в холинергических нервно-мышечных синапсах соматической мышцы дождевого червя Lumbricus terrestris. В механизмах везикулярного цикла участвуют ионы Са²⁺, входящие в терминали через все типы потенциал-зависимых Са²⁺-каналов пресинаптической мембраны. При этом наибольший вклад в процессы эндоцитоза вносят Са²⁺-каналы N-, P/Q- и L-типов, тогда как экзоцитоза только каналы N- и P/Q-типов. В процессах рециклинга существенную роль играет динамин-зависимый эндоцитоз, а восстановление везикулярных пулов в таких синапсах преимущественно происходит при участии клатрин-зависимого эндоцитоза. Можно считать, что базисные механизмы регуляции везикулярного цикла в двигательных нервно-мышечных синапсах являются общими для всего филогенетического древа позвоночных и беспозвоночных животных, начиная с аннелид. При этом значение отдельных регулирующих элементов машины везикулярной секреции у аннелид имеет свою отчетливую специфику.