Ултраструктурна патология на клетъчното ядро

Какво е клетъчно ядро?

В клетъчната биология ядрото е затворен в мембраната органел, намиращ се в еукариотните клетки. Еукариотите обикновено имат едно ядро, но няколко типа клетки, като например червените кръвни клетки на бозайници, нямат ядра, а други имат много. Клетъчните ядра съдържат по-голямата част от генетичния материал на клетката, организирани като множество дълги линейни ДНК молекули в комплекс с голямо разнообразие от протеини, като хистони, за формиране на хромозоми. Гените в тези хромозоми са ядреният геном на клетката и са структурирани по такъв начин, че да стимулират клетъчната функция.
Ядрото поддържа целостта на гените и контролира дейността на клетките чрез регулиране на генната експресия – ядрото е, следователно, контролен център на клетката. Основните структури, съставляващи ядрото, са ядрената обвивка, двойната мембрана, която обхваща целия органел и изолира съдържанието му от клетъчната цитоплазма и ядрената матрица (която включва ядрената пластина), мрежа в ядрото, която добавя механична поддръжка, подобно на цитоскелета, който поддържа клетката като цяло.

Клетъчното ядро е една от най-чувствителните структури на клетката, която се уврежда под въздействие на различни фактори. Тези промени могат да засегнат отделни или всички структури на клетъчното ядро.

Какво може да се наблюда при ултраструктурна патология на клетъчното ядро?

При ултраструктурна патология на клетъчното ядро могат да се наблюдават:

  • Промени в структурата и размерите на ядрата
  • Промени в структурата и разпределението на хроматина
  • Изчезване на ядрото
  • Апоптоза
  • Промени във формата на ядрата
  • Промени в броя на ядрата
  • Ядрени включвания
  • Промени в структурата, размерите и броя на ядърцата
  • Промени в ядрената мембрана

Какви промени могат да настъпят в резултат на физиологични и патологични процеси?

Тези промени могат да настъпят в резултат на физиологични и някои патологични процеси:

  • Плоидност на ядрата – структурата и размера на ядрата в интерфаза зависи от съдържанието на ДНК в тях, т.е., от плоидността, както и от функционалното им състояние. В структурно отношение по-голямата част от клетките съдържат диплоидни ядра /2n/. Съдържанието на ДНК се увеличава по правило в периода на синтеза на ДНК /S – фаза/.
    Това се наблюдава в клетките в процес на пролиферация. Ако след синтезата на ДНК в диплоидната клетка, т.е., съдържаща двоен хромозомен набор, не настъпи митоза, то възникват тетраплоидни ядра. Така се формира полиплоидията, те кратно увеличаване броя на хромозомите в ядрата на клетките.
  • Анеуплоидия на ядрата – друг вид изменение в структурата и размера на ядрата е анеуплоидията. Тя представлява непълен набор от хромозоми. Свързана е с хромозомни мутации. Анеуплоидията често се открива в злокачествени тумори.

Размерът на ядрата и ядрените структури, независимо от плоидността е в зависимост и от функционалното състояние на клетката. В диплоидните ядра на нормалните тъкани се наблюдават два вида хроматин:

  • Хетерохроматин – той е кондензиран и разположен във външните отдели на ядрата
  • Еухроматин – той е некондензиран и се локализира във вътрешните зони на ядрата

Какво са храматин и маргинация?

Функционалното състояние на ядрата се определя от характера и разпределението на хроматина.

Преминаването на ядрата от състояние на функционална активност в състояние на относителен функционален покой и обратно, се съпровожда с преминаване на еухроматина в хетерохроматин и обратно.

Разположението на хроматина под ядрената мембрана се нарича маргинация и е израз на функционална активност на ядрото или е резултат на структурно увреждане. При различни патогенни въздействия върху клетките могат да настъпят сериозни промени в структурата на хроматина. В най- ранните фази на увреждане на клетките се наблюдава кондензиране на хроматина и натрупването му под ядрената мембрана. В ядрото изчезва гранулираният материал и фибрилерните компоненти или пък се развива лентовидно сепариране на тези компоненти на фрагменти. Този процес се съпровожда с редукция в синтезата на РНК на увредената клетка и последваща редукция на протеиновата синтеза.

Феноменът на изчезване на ядрото се наблюдава при физиологични и патологични състояния. Пример за изчезване на ядрата, като физиологична проява, са тромбоцити и еритроцити. Най-често изчезването на ядрата е израз на патологичен процес. Класически пример за това състояние е загиването и изчезването на ядрото, което протича в 3 фази:

  • Кариопикноза – тя е състояние на патологично увреждане на ядрото, в резултат на което ядрото се сбръчква. Размерите на ядрото силно намаляват, а хроматинът се кондензира и хомогенизира. Ядрото в тази фаза се багри интензивно с основни бои /хематоксилин, метиленово синьо/, както и с реакцията на Фьолген.
  • Кариорексис – характеризира се с разкъсване /фрагментиране/ на ядрото.
  • Кариолизис – представлява фаза на пълно стапяне на ядрената мембрана и хроматина, поради което ядрото изчезва, а клетката загива (некротизира).

Какво е адоптоза?

Апоптозата е процес на постепенно програмирано разрушаване на клетката. Тук се наблюдава уплътняване и нагъване на ядрата и уплътняване на цитоплазмените органели. Нарастващата кондензация на ядрата и цитоплазмата се последва от кариорексис и образуване на повърхността на клетката издувания, които по-късно се отделят от клетките. Те образуват множество обградени от мембрана компактни, добре запазени остатъци от клетката с различен размер, които се елиминират от клетките в междуклетъчните пространства.

Ядрата могат да променят своята овална форма в резултат на действие на различни патогенни фактори, и е една ултраструктурна патология на клетъчното ядро. Такава промяна във формата може да се дължи най-често на цитоплазмени включвания, при дегенеративни процеси.

Променяли се броя на ядрата при различни патологични процеси?

Броят на ядрата може да се промени при различни патологични процеси. Тези промени се изразяват в:

  • Многоядреност на клетките. Тя възниква по два механизма:
    • сливане на клетките. Например при туберкулоза от сливане на епителоидни клетки възникват гигантските клетки на Лангханс, а при попадане на чуждо тяло в тъканите се наблюдава появата на макрофаги, които се сливат. В резултат на това се формират гигантски многоядрени клетки тип „чуждо тяло“.
    • неправилно протичане на митозата. Това се наблюдава при делене на ядрата, без последващо деление на цитоплазмата.
  • Поява на „ядра спътници“. Така наречените „ядра спътници“ са известни и с името кариомер или малки ядра. Те представляват подобни на ядра малки образувания, разположени в цитоплазмата около непромененото ядро. Причината за тези образувания са хромозомни мутации. Често се срещат при злокачествени тумори.

Колко вида се срещат включвания в ядрата на клетките?

Ядрените включвания са нерядко явление във функционалната и патологична морфология. Срещат се три вида включвания в ядрата на клетките:

    • Цитоплазмени включвания в ядрото. Те могат да съдържат всички съставни части на цитоплазмата. Най-често се наблюдават при нарушение в митотичното деление – телофаза. Най-често тези включвания коагулират и се лизират, ако не са свързани посредством цитоплазмен мост между ядрото и цитоплазмата.
    • Истински ядрени включвания. Това са белтъци, липиди, гликоген и др. от цитоплазмата, които проникват в кариоплазмата.
    • Тези включвания проникват в кариоплазмата най-често през порите на ядрената мембрана или при условие на нейното разрушаване.

Ядрени включвания предизвикани от вирусите. Те биват:

  • кристални решетки на вируса. Белтъчни частици, които се синтезират при вътреядрено размножаване на вирусите.
  • реактивни включвания. Те възникват като резултат на реакция на увреждането на цитоплазмата от вируса.

Известно е, че ядърцата изпълняват важна функция при преноса и трансформацията на рибозомната РНК /р-РНК/. Затова промените в структурата, размерите и броя на ядърцата следва да се разглеждат като резултат на промяна във функционалната им активност. Те с както следва:

  • Промени в размерите и броя на ядърцата – увеличаването размерите и броя на ядърцата настъпва при увеличение на функционалната активност, т.е., при увеличена синтеза на рибозомна РНК. Тя се демонстрира с изразена базофилия на ядърцата.
  • Разширение на лакуните на ядърцата – този феномен се наблюдава при повишена функционална активност на ядърцата. Наблюдава се при туморни клетки, където синтезата на РНК е силно увеличена.
  • Грануларизация на ядърцата – това е състояние, при което количеството на грануларните структури доминира над фибрилерните. Тези ядърца свидетелстват за повишена функционална активност на ядърцата, т.е. за увеличена синтеза и транспорт на р – РНК в цитоплазмата на клетката.
  • Дезорганизация на ядърцето – тя се демонстрира с намаление размерите на ядърцето, кондензация на хроматина и натрупването му в хетерохроматиновата зона. Тези морфологични промени са проява на бързо намаляване до пълно преустановяване на транскрипцията на РНК в ядърцето. Този процес се наблюдава при продължително третиране на организма с антибиотици или въздействие с токсични вещества.
    Ядрената обвивка може да промени своята морфологична характеристика при физиологични и патологични условия.

Ядрата могат ли да променят конфигурацията на техните мембрани?

При състояние на функционална активност на клетките, ядрата могат да променят конфигурацията на техните мембрани поради множествени нагъвания към цитоплазмата. Това води до увеличаване на повърхността на ядрената мембрана. Нагъването на ядрената мембрана може да настъпи и при патологични процеси. Най-често тава става при нарушение във водно – електролитния баланс на клетката и при въздействие на йонизиращи лъчения.
При вирусна инфекция могат да се наблюдават промени в размерите на ядрените пори или редупликации на мембраната. При някои тумори и интоксикация се открива увеличение броя на ядрените пори или пък деформиране на вътрешната ядрена мембрана.

Автор: д-р Теодора Тотева-Петкова