Первая находка подоцитов в кровеносной системе загадочных червей – Эхиурид (Annelida: Thalassematidae)

Полный текст

Эхиуриды – это небольшая группа несегментированных морских бентосных червей [1, 2]. Систематическое положение этой группы неоднократно менялось, однако сейчас эхиурид безоговорочно относят к кольчатым червям (Annelida) [3]. В отличие от большинства других представителей типа, эхиуриды утратили метамерное строение и полностью лишились дисепиментов [1]. Их туловище, таким образом, содержит единый целомический мешок, не подразделенный на компартменты [1]. Утрата метамерии повлекла за собой и преобразования других систем органов. Так, у эхиурид отсутствуют метамерные метанефридии, а выделительные органы представлены необычными анальными мешками, которые несут многочисленные ресничные воронки и открываются в клоаку.

Известно, что большинство эхиурид имеют замкнутую кровеносную систему, которая была изучена на общем анатомическом уровне [4] и с использованием 3D реконструкции по сериям срезов [2]. В кровеносной системе эхиурид так же, как и у остальных кольчатых червей можно выделить восходящий дорсальный сосуд и нисходящий вентральный сосуд [5]. Однако у эхиурид дорсальный кровеносный сосуд присутствует только в передней части туловища и отсутствует в средней и задней частях туловища, где его заменяет синус вокруг пищеварительной трубки [1]. В хоботе есть три кровеносных сосуда: один аксиальный, который является продолжением дорсального сосуда, и два латеральных сосуда, которые сливаются вместе в туловище, образуя вентральный кровеносный сосуд. Строение кровеносных сосудов, проходящих в хоботе, хорошо известно [6, 7], однако тонкое строение кровеносной системы в туловище остается почти не изученным. Новые данные о локализации подоцитов в кровеносной системе и деталях их строения прольют свет на особенности функционирования метанефридиальной системы эхиурид в целом и расширят наши представления о физиологии этих необычных аннелид.

Цель настоящей работы – изучить тонкое строение подоцитов в кровеносной системе самок B. viridis.

Материалом для работы послужили взрослые самки B. viridis Rolando, 1822, которые были собраны у берегов Марселя на побережье Прованса, Франция, 43°16'38” СШ, 5°18'24” ВД. Морфология особей была изучена с помощью стереомикроскопа Leica M165C, оснащенного цифровой камерой Leica DFC420 (Leica Microsystems GmbH). После анатомирования отдельные части кровеносной системы были зафиксированы в 2,5% глутаровом альдегиде на 0,05 М какодилатном буфере, содержащем NaCl, в течение 8 ч при +4°С. Затем образцы промывали в какодилатном буфере (трижды в течение 4 ч) и повторно фиксировали в 1%-ном тетроксиде осмия в том же буфере. Образцы обезвоживали в возрастающих концентрациях этанола и заливали в смолу Embed-812 (Electron Microscopy Science). Полутонкие и тонкие срезы изготовили с помощью ультрамикротома Leica UC7 (Leica Microsystems GmbH). Ультратонкие срезы контрастировали растворами уранил ацетата (0.5%) и цитрата свинца (0.4%), а затем исследовали с помощью электронного микроскопа JEOL JEM-1011 (JEOL Ltd.).

В составе кровеносной системы туловища эхиурид можно выделить нисходящую часть, которая представлена брюшным кровеносным сосудом, восходящую часть, которую составляют околокишечный синус и дорсальный кровеносный сосуд, и поперечные кровеносные сосуды, соединяющие обе части.

В передней трети туловища от вентрального кровеносного сосуда отходит нейро-интенстинальный сосуд, который заканчивается в кольцевом сосуде (рис. 1а). Стенки вентрального кровеносного суда в его передней трети и кольцевого сосуда образованы подоцитами. Эти клетки имеют как общие черты строения, так и незначительные различия в зависимости от их локализации. На уровне клеточной архитектуры у каждого подоцита можно выделить расширенное клеточное тело, первичные отростки и цитоподии (рис. 1b). В клеточном теле находится крупное ядро с выраженным ядрышком, комплекс Гольджи, многочисленные фагосомы и мультивезикулярные тельца (рис. 1b). Тело клетки и первичные отростки несут многочисленные апикальные выросты, направленные в полость тела. Первичные отростки имеют диаметр от 3 до 0.5 мкм и распластаны на поверхности базальной пластинки. В цитоплазме первичных отростков проходят тонкие пучки миофиломентов (рис. 1b-c). Первичные отростки дают начало многочисленным тонким цитоподиями, которые в свою очередь ветвятся и лежат между цитоподиями соседних подоцитов, вместе образуя характерный лабиринтоподобный рисунок (рис. 1b-c). Цитоподии в среднем достигают ширины от 0.1 до 0.25 мкм (рис. 1d). Между цитоподиями соседних подоцитов обнаруживаются контакты, которые могут быть описаны как щелевые диафрагмы: тонкая пластинка электронно-плотного вещества. Расстояние между цитоподиями и соответственно ширина щелевой диафрагмы не превышает 20 нм. Цитоподии лежат на плотной базальной пластинке, под которой находится толстый слой внеклеточного матрикса, пронизанный коллагеновыми волокнами (рис. 1c-d). Несмотря на общие черты в строении подоцитов вентрального кровеносного сосуда и кольцевого сосуда, между ними есть и заметные различия. Цитоподии подоцитов кольцевого сосуда (рис. 1e) имеют гораздо больший диаметр и образуют менее сложный и менее разветвленный лабиринт, базальная пластинка выражена слабее, а апикальные выросты заметно длиннее и многочисленнее.

Рис. 1. Подоциты в кровеносной системе самок Bonellia viridis: (а) – схема организации кровеносной системы (б) – подоцит на поперечном срезе вентрального кровеносного сосуда, ТЕМ, (в) – первичные отростки и цитоподии подоцита вентрального кровеносного сосуда, ТЕМ, (г) – цитоподии подоцитов в вентральном кровеносном сосуде, ТЕМ, (д) – цитоподии подоцитов в кольцевом сосуде, ТЕМ, (е) – схема строения подоцита с цитоподиями: стрелками показано направление движения жидкости из кровеносной системы в полость туловищного целома.

Обозначения: (abv) – аксиальный кровеносный сосуд, (appr) – апикальный вырост, (bl) – базальная пластинка, (bs) – полость сосуда, (cb) – клеточное тело, (сf) – коллагеновые филаменты, (chrv) – кольцевой сосуд щетинок, (dbv) – дорсальный кровеносный сосуд, (ecm) – внеклеточный матрикс, (G) – комплекс Гольджи, (is) – околокишечный синус, (lbv) – латеральный кровеносный сосуд, (lo) – лопасть хобота, (mf) – миофиламенты, (nu) – ядро, (nibv) – нервно-кишечный кровеносный сосуд, (nu) – ядро, (pp) – первичный отросток подоцита, (pr) – хобот, (rbv) – кольцевой кровеносный сосуд, (tr) – туловище, (sd) – щелевая диафрагма, (vbv) – вентральный кровеносный сосуд, (vs) – везикулы. Звездочки (*) обозначают целомическую полость, наконечники стрелок указывают на цитоподии подоцитов. Масштаб – 1 мкм.

Считается, что подоциты находятся на определенных участках кровеносных сосудов, где формируются зоны ультрафильтрации [8]. Одна из главных особенностей подоцитов, которая позволяет отличить их от любых других клеток, – это наличие цитоподий, которые связаны друг с другом специализированными щелевыми диафрагмами. Через базальную пластинку кровеносных сосудов и щелевые диафрагмы между цитоподиями подоцитов происходит ультрафильтрация жидкости из полости сосудов в полость целома [9]. В результате ультрафильтрации в полости целома формируется первичная моча, которая за счет работы ресничных воронок метанефридиев попадает в выделительный канал, где подвергается вторичному всасыванию [10]. Подоциты, обнаруженные нами у B. viridis (рис. 1f), цитологически соответствуют подоцитам, которые описаны у других Bilateria. Это позволяет предполагать, что зоны ультрафильтрации у B. viridis и, возможно, других эхиурид находятся в области передней части брюшного сосуда и кольцевого сосуда, т.е. в передней трети туловища, тогда как специализированные метанефридии – анальные мешки – расположены в задней части туловища [11].

Обнаруженные у подоцитов B. viridis многочисленные фагосомы и производные лизосом свидетельствуют о высокой эндоцитозной активности, которая характерна и для подоцитов других кольчатых червей [12]. Миофиламенты в основании первичных отростков (рис. 1f) указывают на неполное разделение функций с миоэпителиальными клетками сосудов. Миофиламенты в базальных участках подоцитов описаны у многих кольчатых червей и других билатерий, например Phoronida [13, 14]. Одной из ярких особенностей подоцитов у B. viridis является наличие многочисленных апикальных выростов. Подобные выросты ранее были описаны для клеток целомического эпителия латеральных каналов и миоэпителия аксиального и латерального сосудов хобота самок B. viridis [7]. Таким образом, подоциты сохраняют ряд цитологических признаков, указывающих на их общее происхождение с миоэпителием сосудов и целотелием.

Источник финансирования

Работа П.А. Кузнецова выполнена при финансовой поддержке гранта Вернадского от посольства Франции в Российской Федерации.

Соблюдение этических норм и стандартов

Работа проведена на беспозвоночных животных, представителях типа Annelida. В соответствии с пунктом 3 главы 1 директивы 2010/63/ЕС от 22 сентября 2010 г. о защите животных, используемых в научных целях, требования по биоэтике не распространяются на беспозвоночных животных, за исключением класса Cephalopoda (головоногие моллюски).

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

Об авторах

П. А. Кузнецов

Email: temereva@mail.ru
Россия, Москва; 13007, France, Marseille

А. В. Ересковский

Email: temereva@mail.ru
Россия, Москва; 13007, France, Marseille; Москва

Е. Н. Темерева

Автор, ответственный за переписку.
Email: temereva@mail.ru
Россия, Москва

Список литературы

Дополнительные файлы

Доп. файлы

Действие

1. JATS XML

Скачать

2. Рис. 1. Подоциты в кровеносной системе самок Bonellia viridis: (а) – схема организации кровеносной системы (б) – подоцит на поперечном срезе вентрального кровеносного сосуда, ТЕМ, (в) – первичные отростки и цитоподии подоцита вентрального кровеносного сосуда, ТЕМ, (г) – цитоподии подоцитов в вентральном кровеносном сосуде, ТЕМ, (д) – цитоподии подоцитов в кольцевом сосуде, ТЕМ, (е) – схема строения подоцита с цитоподиями: стрелками показано направление движения жидкости из кровеносной системы в полость туловищного целома. Обозначения: (abv) – аксиальный кровеносный сосуд, (appr) – апикальный вырост, (bl) – базальная пластинка, (bs) – полость сосуда, (cb) – клеточное тело, (сf) – коллагеновые филаменты, (chrv) – кольцевой сосуд щетинок, (dbv) – дорсальный кровеносный сосуд, (ecm) – внеклеточный матрикс, (G) – комплекс Гольджи, (is) – околокишечный синус, (lbv) – латеральный кровеносный сосуд, (lo) – лопасть хобота, (mf) – миофиламенты, (nu) – ядро, (nibv) – нервно-кишечный кровеносный сосуд, (nu) – ядро, (pp) – первичный отросток подоцита, (pr) – хобот, (rbv) – кольцевой кровеносный сосуд, (tr) – туловище, (sd) – щелевая диафрагма, (vbv) – вентральный кровеносный сосуд, (vs) – везикулы. Звездочки (*) обозначают целомическую полость, наконечники стрелок указывают на цитоподии подоцитов. Масштаб – 1 мкм.

Скачать (1020KB)

Метаданные

Представлено академиком РАН В. В. Малаховым