Приложение А3.1 Ультраструктура нормальной реснички и жгутика.

Термин "реснички" используется, когда на поверхности клетки имеется большое количество этих органелл, а термин "жгутики" применяется в том случае, когда их одна или две. Длина реснички 5 - 10 мкм, жгутика сперматозоидов человека 40-45 мкм. Центральная часть ресничек и жгутиков занята аксонемой. Аксонема морфологически консервативна, ультраструктура аксонемы эукариотических клеток сходна, но биохимически лабильна.

Аксонема состоит из 9 пар периферических микротрубочек, расположенных по окружности (дуплетов микротрубочек), и одной пары центральных микротрубочек, описывается формулой (9+2). Центральные МТ, С1 и С2, соединенные мостиком, окружены центральной оболочкой. Биение ресничек перпендикулярно плоскости, проведенной через центральную пару МТ. Периферические дублеты МТ нумеруются: первым дуплет принято называть дуплет, лежащий над мостиком между центральными МТ (рис.1, 2).

Периферические пары (дублеты) микротрубочек связаны между собой нексиновыми связками, внутренними и наружными динеиновыми ручками, а с центральной парой - радиальными спицами. Динеиновые ручки состоят из тяжелых (НС), промежуточных (IC) и легких (LC) полипептидных цепей; движение ресничек происходит вследствие скольжения дублетов, которое обеспечивается АТФ-зависимой активностью динеиновых ручек. Тяжелые цепи необходимы для скольжения МТ, и они присоединяются к МТ "А" дублетов и меняют свою конфигурацию во время гидролиза АТФ. Внутренние динеиновые ручки состоят из 7 типов динеина, актина и центрина. Механизмы активации внутренних динеиновых ручек отличаются на молекулярном уровне от механизмов активации наружных ручек и включают центральную пару МТ и радиальных спиц. Направление и форма изгиба аксонемы определяются взаимодействием между радиальными спицами и центральными МТ аксонемы.

В норме движение состоит из двух фаз: сильного удара в выпрямленном относительно вертикальной оси состоянии и мягкого возвращения в исходное положение, что в целом создает ундулирующий (хлыстообразный) характер движения [6]; частота биения ресничек в организме человека составляет 10-15 Hz (Afzelius B.A., 1985; цит. по [1]).

Сложность строения аксонемы морфология аксонемы и большое количество различных белков обуславливает большое разнообразие структурных нарушений и жгутиков. Эти аномалии способны оказывать влияние на их функцию и приводить либо к нарушению движения, либо к полной неподвижности. Выделяют не менее 18 вариантов нарушений ультраструктуры реснички, которые представляют собой общепринятый стандарт при описании особенностей ее морфологии. Чаще всего наблюдаются полное отсутствие или аномалии структуры наружных и внутренних динеиновых ручек, увеличение или уменьшение числа пар микротрубочек; отсутствие или появление дополнительной центральной пары; вместе с тем у части пациентов c ПЦД ультраструктурные нарушения не обнаруживают [1,2] [ Приложение Г1рис. 2].

В жгутиках сперматозоидов аксонема окружена периаксонемными добавочными структурами, играющими цитоскелетную роль и обеспечивающими жгутик энергией при движении по каналам репродуктивной системы. Жгутик сперматозоида делится на средний, основной и концевой отделы. В среднем отделе аксонема окружена 9 наружными плотными фибриллами (НПФ), каждая из которых крепится к одному дуплету МТ (рис.3). НПФ снаружи окружены митохондриями. Примерно 75 митохондрий соединены конец-в-конец и формируют митохондриальную спираль. В основном отделе жгутиков вокруг аксонемы имеется фиброзная оболочка (рис.4). Вертикальные тяжи фиброзной оболочки заменяют 3-ю и 8-ую НПФ, и соединяются поперечными ребрами. Между средним и основным отделами жгутика находится кольцевая перегородка, образующая диффузионный барьер между ними (рис.5). В коротком концевом отделе жгутика остается одна аксонема, часто неполная, без периаксонемных структур (Lehti, Sironen, 2017). Структура аксонемы консервативна практически одинакова у ресничек и жгутиков, однако в ряде исследований показано, что имеются различия по тканеспецифическим белкам (Konno et al., 2015).

Реснички и жгутики покрыты плазматической мембраной, являющейся продолжением плазматической мембраны клетки.

Рис.1. Схематическое изображение аксонемы.

Рис.2. Электроннофоторгамма (ТЭМ). Поперечный срез через ресничку. Аксонема нормальной морфологии. ПМ-плазматическая мембрана, НДР - наружные динеиновые ручки, ВДР - внутренние динеиновые ручки, РС - радиальные спицы, Ц - центральные микротрубочки, Н - нексиновые мостики, КЦ - центральная капсула, окружающая центральные микротрубочки, ПД1 - периферический дуплет №1, расположенный по центру между центральными микротрубочками.

Рис.3. Электроннофоторгамма (ТЭМ). Поперечный срез через средний отдел жгутика сперматозоида. Аксонему окружают 9 наружных плотных фибрилл (НПФ), каждая прикреплена к микротрубочке А периферического дуплета микротрубочек. М - митохондрии.

Рис. 4. Электроннофоторгамма (ТЭМ). Поперечный срез через основной отдел жгутика сперматозоида. Аксонема окружена фиброзной оболочкой. ВК - вертикальные колонны фиброзной оболочки прикреплены к 3 и 8 периферическим дуплетам микротрубочек. ПР - поперечные ребра фиброзной оболочки жгутика.

Рис.5. Электроннофоторгамма (ТЭМ). Продольный срез через жгутик сперматозоида. КП - кольцевая перетяжка на границе между средним и основным отделами жгутика сперматозоида, М - митохондрии среднего отдела жгутика, НПФ - наружные плотные фибриллы, ПР - поперечные ребра фиброзной оболочки жгутика.