Отправить статью по E-mail 
Новый тип желез обнаружен у цестод: нейросекреторные нейроны выделяют секрет в организм хозяина-рыбы
- Авторы: Бисерова Н.М.1, Кутырев И.А.2, Малахов В.В.1
-
Учреждения:
- Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
- Институт общей и экспериментальной биологии Сибирского отделения Российской Академии наук
- Выпуск: Том 514, № 1 (2024)
- Страницы: 16-20
- Раздел: Статьи
- URL: https://medbiosci.ru/2686-7389/article/view/258929
- DOI: https://doi.org/10.31857/S2686738924010039
- EDN: https://elibrary.ru/LAGDLV
- ID: 258929
Цитировать
Полный текст
Аннотация
При исследовании ультраструктуры нервной системы у плероцеркоидов пяти видов цестод, паразитов рыб, в тегументе обнаружены свободные окончания периферических нейросекреторных нейронов, выделяющих медиаторы в хозяина. Экспериментально показано усиление секреции под воздействием сыворотки крови хозяина-рыбы. В организме цестод нейросекреторные нейроны (НН) образуют контакты паракринового типа вблизи мембран клеток фронтальных желез, тегумента и мышц, выполняя функцию эндокринных желез. Одновременно НН функционируют как экзокринные железы и выделяют наружу так называемые манипуляционные факторы, которые влияют на физиологию хозяина.
Полный текст
Цестоды (ленточные черви) – глубоко специализированные паразиты животных и человека. Питание паразитов происходит через синцитиальную покровную ткань – тегумент. Известно, что через тегумент паразиты выделяют сложную смесь экскреторно-секреторных продуктов, обобщенно называемых «секретомом» [1, 2, 3]. Тегумент пронизан терминальными отростками фронтальных желез и свободными нервными окончаниями, отделенными от мембраны тегумента системой специализированных контактов. Фронтальные железы описаны в сколексе у представителей разных отрядов цестод, кроме циклофиллид [4–7]. Установлено, что фронтальные железы цестод осуществляют секрецию эккринным способом под контролем нейронов мозга [8]. Сенсорные нервные окончания, пронизывающие тегумент, характеризуются наличием рудиментарной реснички, базального тельца, корешка и других структур в расширенной части дендрита [9]. У ряда видов цестод обнаружены свободные окончания, не имеющие следов реснички, кинетосомы и корешка, но отделенных системой специализированных контактов от мембраны тегумента [10–13]. Строение и функция таких окончаний остаются неизвестными.
Задача настоящей работы – изучить ультраструктуру свободных терминалей в тегументе у плероцеркоидов цестод с целью установления их происхождения и функционального значения.
Материалом для работы послужили плероцеркоиды пяти видов цестод, представителей отрядов Diphyllobothriidea и Bothriocephallidea (табл. 1).
Таблица 1. Список исследованных видов
№ | Вид паразита | Вид хозяина | Место вылова | Локализация в хозяине |
1 | Triaenophorus nodulosus (Pallas, 1781) | Perca fluviatilis Linnaeus, 1758 | Рыбинское водохранилище | В печени в капсулах |
2 | Pyromicocephalus phocarum (Fabricius, 1780) Monticelli, 1890 | Gadus morhua marisalbi Derjugin, 1920 | Белое море, район ББС МГУ | В печени в капсулах |
3 | Dibothriocephalus ditremus (Creplin, 1825) Lühe, 1899 | Oncorhynchus nerka (Walbaum, 1792) | оз. Кроноцкое, Камчатка | В капсулах на пищеводе, желудке, пилорических придатках |
4 | Dibothriocephalus dendriticus (Nitzsch, 1824) Lühe, 1899 | Coregonus migratorius (Georgi, 1775) | Оз. Байкал, Кабанский район, Республика Бурятия | В капсулах на пищеводе, желудке, пилорических придатках |
5 | Ligula alternans (Rudolphi, 1810) | Carassius gibelio (Bloch, 1782) Linnaeus, 1758 | Оз. Никиткино, Еравнинский район, Республика Бурятия | В брюшной полости |
Для ультраструктурных исследований использовали методы трансмиссионной электронной микроскопии, модифицированные для изучения цестод [8, 12, 13]. Для изучения изменения секреторной активности с поверхности свободных терминалей у D. dendriticus и L. interrupta были проведены эксперименты по разработанной ранее методике [3].
- Ультраструктура свободных терминалей в тегументе.
В тегументе пяти видов плероцеркоидов мы обнаружили тонкие трубчатые свободные окончания, имеющие небольшое чашевидное дистальное расширение, содержащее везикулы (рис. 1). Везикулы выходят через поверхностную мембрану в полость поры в тегументе и затем во внешнюю среду – ткани хозяина. Мембрана чашевидных окончаний отделена от тегументальной мембраны узким кольцом септированного контакта, подостланного одним слабо выраженным электронно-плотным опорным кольцом со стороны окончания. У всех изученных видов в окончаниях не было найдено ресничек, кинетосом и корешков; митохондрии отсутствовали как в чашевидном расширении, так и в базальной части отростка, связанного с перикарионом. Кроме того, чашевидные окончания у всех видов имели вдвое меньший диаметр апикального расширения (450–600 нм), по сравнению с типичными сенсорными окончаниями или с терминалями фронтальных желез.
Рис. 1. Свободные терминали в тегументе и нейросекреторные нейроны (НН). а – схема строения ресничных и чашевидных окончаний нейронов в тегументе цестод. б – схема экзо- и эндокринной секреции периферическими НН: 1 – нейромышечный паракриновый контакт; 2 – экзокринная секреция на поверхность тегумента; 3 – контакт с фронтальными железами паракринового типа; 4 – выделение секрета в зоне базальной пластинки тегумента. в, г, д – L. alternans: группа чашевидных окончаний (стрелки) с секреторными везикулами в тегументе (в, г) и продольный срез (д) нейросекреторной терминали (NST), входящей в тегумент. е – P. phocarum: NST в контакте с тегументальным отростком (T). ж – D. dendriticus: паракриновый контакт NST с мышцами под тегументом (стрелки); cv, светлые везикулы. з – P. phocarum: нейросекреторный нейрон (NSN) в контакте с отростками фронтальных желез (FG) и мышцами (стрелки).
У плероцеркоидов T. nodulosus каждое окончание соединено с поверхностью тела индивидуальной порой; они содержат светлые везикулы 100–120 нм и отдельные микротрубочки. У инкапсулированных в печени окуня личинок эти терминали заполнены везикулами, выделяющимися на поверхность тегумента. В плероцеркоидах, извлеченных из капсулы хозяина, свободные чашевидные окончания обнаруживали пустыми, без пузырьков.
У плероцеркоидов P. phocarum чашевидные окончания встречаются как поодиночке, так и группами. В тегументе ботрии P. phocarum наблюдали от 5 до 6 тонких терминалей с плотными везикулами диаметром 90 нм, ответвляющихся от одного дендритного отростка и оканчивающихся в одну общую пору. Важно отметить, что чаша окончания может содержать или не содержать везикулы.
У плероцеркоида D. ditremus чашевидные окончания располагаются парами, содержат светлые округлые везикулы диаметром 100 нм и иногда электронноплотные везикулы 84 нм. Везикулы выделяются на поверхность тегумента через узкую пору.
У плероцеркоидов D. dendriticus по 2–3 чашевидных окончания с плотными везикулами диаметром 123 нм открываются в общую пору, связанную с внешней средой. Строение поры отличается от вышеописанных отсутствием микротрихий, уплотнением наружной мембраны тегумента и большим диаметром, достигающим 3 мкм. Как и у остальных изученных видов, терминали на апикальной поверхности имеют тонкое опорное кольцо и кольцевой септированный контакт, связывающий их с мембраной тегумента; содержат отдельные микротрубочки и везикулы.
У L. alternans чашевидные терминали обнаружены в тегументе сколекса и теле плероцеркоида. В одну пору в тегументе открывается по 4 терминали, содержат короткие микротрубочки и круглые плотные везикулы диаметром 90–94 нм, которые выделяются в полость поры (рис. 1в–д). В субтегументе широкие одиночные дендриты с круглыми электронноплотными везикулами при подходе к базальной мембране тегумента разветвляются на несколько свободных окончаний, открывающихся в общую пору в дистальной цитоплазме.
Таким образом, у всех изученных видов чашевидные окончания имеют сходное строение и выделяют в ткани хозяина секреторные везикулы размером 100–120 нм по типу экзокринных желез. В отличие от сенсорных окончаний в тегументе изученных цестод, чашевидные окончания отличает малый диаметр, одно слабо развитое опорное кольцо, выделение секреторных везикул на поверхность тегумента. От протоков фронтальных желез их отличает ультраструктура терминалей без периферических микротрубочек, а так же секреторный материал в виде маленьких везикул.
- Ультраструктура нейросекреторных нейронов (рис. 1, б, е-з).
В области субтегумента и кортикальной паренхимы у всех изученных видов встречаются периферические нейросекреторные нейроны (НН). Тела НН имеют вытянутую неправильную форму с несколькими нейритами, заполненными круглыми электронноплотными нейросекреторными везикулами/гранулами (НСГ). Диаметр НСГ варьирует от 90 до 140 нм. Отростки НН не содержат митохондрий и периферических микротрубочек, в отличие от протоков фронтальных желез. В отличие от дендритов и аксонов нейронов ЦНС, цитоплазма нейросекреторных отростков (НСО) плотная, гранулированная, содержит рибосомы. У D. dendriticus число НСО в зоне субтегумента составляет 9–10 шт. на 500 мкм2.
Отростки НН часто проходят вдоль миофибрилл кольцевой и продольной мускулатуры покровов, иногда образуя зоны тесного сближения. В зоне контакта образуются небольшие варикозы, в которых, наряду с НСГ, встречаются скопления круглых светлых везикул. Выделение секреторного материала происходит паракриновым способом в межклеточное пространство рядом с миофибриллой. Пресинаптиптическое уплотнение и Т-образная складка мембраны, маркирующая синаптический контакт, отсутствуют.
Нами впервые обнаружено, что у всех изученных видов цестод отростки НН вступают в контакт с отростками клеток фронтальных желез, укрепленных периферическими микротрубочками. Диаметр НСГ в зоне контакта составляет в среднем 140–160 нм. У плероцеркоидов D. ditremus контакты НСО с терминалями фронтальных желез выявлены непосредственно в терминальной поре секреторного протока в тегументе (рис. 1, б). В зоне контакта диаметр НСГ варьирует от 90 до 130 нм. Таким образом, отростки НН могут проникать в дистальную цитоплазму тегумента вместе с протоками фронтальных желез и высвобождать нейроактивные вещества в ткани хозяина. Вместе с тем у P. phocarum, D. dendriticus, L. alternans мы наблюдали НСО, которые пронизывают тегумент и содержат электронноплотные везикулы (90 нм), высвобождая секрет в полость поры. Чашевидные окончания в тегументе этих цестод являются отростками нейросекреторных нейронов. Таким образом, часть периферических НН выделяет секрет наружу в организм хозяина, выступая в роли экзокринных желез.
- Эксперименты по изучению секреторной активности с использованием сыворотки крови хозяина.
Червей инкубировали в течение 3, 6, 12 и 24 ч. У D. dendriticus через 3 ч инкубации происходит истощение везикул в чашевидных окончаниях, уменьшение диаметра окончаний и увеличение диаметра гранул в НН. После 6 часов инкубации происходит увеличение секреции и числа окончаний в одной поре до 3–4 шт, после 12 ч инкубации наблюдаются признаки истощения и сужения чаши окончания, а после 24 ч инкубации наблюдаются деформации терминалей в тегументе. Таким образом, у D. dendriticus максимальную нейросекрецию наблюдали после 6 ч инкубации и истощение к 24 ч.
У L. alternans после 3 ч инкубации происходит усиление секреции с поверхности чашевидных окончаний, увеличение числа плотных везикул до 20 шт. в каждом окончании и числа НСО в зоне базальной пластинки и мускулатуры тегумента, где происходит высвобождение секрета паракриновым способом. После 6 ч инкубации продолжается интенсивная секреция везикул; увеличено число (4–5 шт.) и диаметр окончаний в поре. НСО многочисленны вблизи базальной пластинки и мышц тегумента, а базальная мембрана тегумента формирует многочисленные вакуоли, заполненные фибриллярным матриксом, которые перемещаются к апикальной мембране и выделяют содержимое наружу. После 24 ч инкубации диаметр окончаний уменьшается, но число НСО в зоне субтегумента и их наполненность гранулами увеличивается, при этом часть отростков направлена к базальной мембране. Таким образом, у L. alternans усиление секреции и числа НСО происходит, начиная с 3 ч инкубации, а адаптация к нагрузке – к 24 ч.
Свободные терминали без признаков цилиарного и корешкового аппарата описаны у некоторых видов цестод [6, 10–13]. У всех изученных видов они характеризуются вогнутой формой апикальной чаши с одним опорным кольцом, при этом, как следует из результатов настоящей работы, диаметр чаши в два и более раз меньше, чем у ресничных и безресничных сенсорных окончаний. Возникает вопрос, служат ли чашевидные свободные окончания в качестве чувствительных дендритов или связаны с нейросекрецией манипуляционных молекул в ткани хозяина? В сколексе разных видов цестод обнаружены две популяции НН, одна из которых связана с ЦНС, а другая с ПНС [8, 14–18]. Наши данные показали, что у пяти видов цестод НН, связанные с ПНС, имеют отростки, выделяющие секрет паракриновым способом в межклеточное пространство вблизи мембран мышечных клеток, клеток фронтальных желез, тегумента и на поверхность тегумента в ткани хозяина. Вопрос о наличии у цестод эндокринных желез является предметом дискуссии [15, 16]. По результатам нашего исследования, нейросекреторные нейроны ПНС цестод могут выполнять как функцию эндокринных желез, выделяя секрет в межклеточное пространство, так и функцию экзокринных желез, выделяющих секрет на поверхность тегумента. Увеличение секреции под воздействием сыворотки крови хозяина свидетельствует о важной экзосекреторной функции НН, которые представляют новый тип желез у цестод. Нейросекрет из свободных терминалей цестод, попадая в организм рыбы, может быть манипуляционным фактором, воздействующим на эндокринную систему позвоночного хозяина.
ИСТОЧНИКИ ФИНАНСИРОВАНИЯ
Исследования проведены при поддержке Российского научного фонда, грант 23-24-00118.
КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Информированное согласие было получено от всех участников исследования.
СОБЛЮДЕНИЕ ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ
Все применимые международные, национальные и/или институциональные принципы ухода и использования животных были соблюдены.
Об авторах
Н. М. Бисерова
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Автор, ответственный за переписку.
Email: nbiserova@yandex.ru
Россия, Москва
И. А. Кутырев
Институт общей и экспериментальной биологии Сибирского отделения Российской Академии наук
Email: nbiserova@yandex.ru
Россия, Улан-Удэ
В. В. Малахов
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Email: nbiserova@yandex.ru
академик РАН
Россия, МоскваСписок литературы
- Berger C. S., Laroche J., Maaroufi H., et al. The parasite Schistocephalus solidus secretes proteins with putative host manipulation functions // Parasites Vectors. 2021. V. 14. P. 436.
- Talarico M., Seifert F., Lange J., et al. Specific manipulation or systemic impairment? Behavioural changes of three-spined sticklebacks (Gasterosteus aculeatus) infected with the tapeworm Schistocephalus solidus // Behav. Ecol. Sociobiol. 2017. V. 71. P. 1–10.
- Kutyrev I. A., Biserova N. M., Mazur O. E., et al. Experimental study of ultrastructural mechanisms and kinetics of tegumental secretion in cestodes parasitizing fish (Cestoda: Diphyllobothriidea) // J. Fish Dis. 2021. V. 44 (8). P. 1237–1254.
- Kuperman B. I., Davydov V. G. The fine structure of frontal glands in adult Cestodes // Int. J. Parasitol. 1982. V. 12 (4). P. 285–293.
- McCullough J.S., Fairweather I. The fine structure and possible functions of scolex gland cells in Trilocularia acanthiaevulgaris (Cestoda, Tetraphyllidea) // Parasitol. Res. 1989. V. 75. P. 575–582.
- Brunanská M., Fagerholm H. P., Gustaffson M. K.S. Ultrastructure studies of Proteocephalus longicollis (Cestoda, Proteocephalidea): transmission electron microscopy of scolex glands // Parasitol. Res. 2000. V. 86. P. 717–723.
- Mustafina A. R., Biserova N. M. Pyramicocephalus phocarum (Cestoda: Diphyllobothriidea): the ultrastructure of the tegument, glands, and sensory organs // Invertebrate Zoology. 2017. V. 14 (2). P. 154–161.
- Biserova N. M., Mustafina A. R., Raikova O. I. The neuro-glandular brain of the Pyramicocephalus phocarum plerocercoid (Cestoda, Diphyllobothriidea): immunocytochemical and ultrastructural study // Zoology (Jena). 2022. V. 152. P. 1–17.
- Webb R.A, Davey K. G. Ciliated sensory receptors of the unactivated metacestode of Hymenolepis microstoma // Tissue and Cell. 1974. V. 6 (4). P. 587–598.
- Fairweather I., Threadgold L. T. Hymenolepis nana: the fine structure of the adult nervous system // Parasitology. 1983. V. 86 (1). P. 89–103.
- Okino T., Hatsushika R. Ultrastructure studies on the papillae and the nonciliated sensory receptors of adult Spirometra erinacei (Cestoda, Pseudophyllidea) // Parasitol. Res. 1994. V. 80. P. 454–458.
- Biserova N. M., Gordeev I. I., Korneva J. V. Where are the sensory organs of Nybelinia surmenicola (Trypanorhyncha)? A comparative analysis with Parachristianella sp. and other trypanorhynchean cestodes // Parasitol. Res. 2016. V. 115. P. 131–141.
- Kutyrev I. A., Biserova N. M., Olennikov D. N., et al. Prostaglandins E2 and D2-regulators of host immunity in the model parasite Diphyllobothrium dendriticum: An immunocytochemical and biochemical study // Mol. Biochem. Parasitol. 2017. V. 212. P. 33–45.
- Webb R. A. Evidence for neurosecretory cells in the cestode Hymenolepis microstoma // Can. J. Zool. 1977. V. 55 (10). P. 1726–1733.
- Specian R. D., Lumsden R. D., Ubelaker J. E., et al. A unicellular endocrine gland in cestodes // J. Parasitol. 1979. V. 65 (4). P. 569–578.
- Gustafsson M. K.S., Wikgren M. C. Release of neurosecretory material by protrusions of bounding membranes extending through the axolemma in Diphyllobothrium dendriticum (Cestoda) // Cell Tissue Res. 1981. V. 220. P. 473–479.
- Liu B., Wakuri H., Mutoh K., et al. Ultrastructural study of neurosecretory cells in the nervous system in the cestode (Taenia hydatigena) // Okajimas Folia Anat. Jpn. 1996. V. 73 (4). P. 195–204.
- Terenina N. B., Poddubnaya L. G., Tolstenkov O. O., et al. An immunocytochemical, histochemical and ultrastructural study of the nervous system of the tapeworm Cyathocephalus truncatus (Cestoda, Spathebothriidea) // Parasitol. Res. 2009. V. 104, P. 267–275.
Дополнительные файлы
