Патологія ядра

Ядро клітини (лат. nucleus, гр. karyon) - невід’ємна складова частина клітин (рис.1.2.1.15), яка вміщує основну масу дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК) - основного носія генетичної інформації. Виконуючи генетичну функцію, ядро разом з цим забезпечує й метаболічну, яка, головним чином, пов’язана з транскрипцією, котра здійснюється хромосомними мікрофібрилами (синтез іРНК) і ядерцем (синтез РНК і збірка попередників рибосом).

Патологія клітинного ядра структурно проявляється великою низкою різноманітних змін, а саме: кількістю, формою, розмірами ядер та ядерець, появою різних включень ядра, патологією мітозів та хромосом.

Форма і кількість ядер. Усі клітини організму переважно мають одне ядро, розташоване поблизу центру або в базальній частині цитоплазми (клітини залоз чи високопризматичний епітелій). Без’ядерними клітинами є високоспеціалізовані клітини крові ссавців - еритроцити й тромбоцити, що втратили ядро в процесі еволюції.

Зміна кількості ядер в клітині є ознакою патології і може проявлятися багатоядерністю, появою „супутників” ядра та без’ядерністю. Наприклад, багатоядерність клітин відмічається в туберкульомі (гігантські клітини Пирогова-Лангханса, велетенські багатоядерні клітини чужорідних тіл). Утворення багатоядерних клітин спостепрігається при порушеннях мітозу (поділ ядер без наступного поділу цитоплазми, що експериментально вивчено після опромінення, при введенні цитостатиків та злоякісному рості).

„Супутники” ядра (каріомери, маленькі ядра) - це маленькі, подібні до ядра утворення, які мають відповідну структуру і оболонку і розташовані біля незміненого ядра. Такі „супутники” ядер виявляються в клітинах злоякісних пухлин при наявності великої кількості патологічних мітозів.

Крім без’ядерних клітин (еритроцити і тромбоцити ссавців), які є прижиттєвою ознакою, явище без’ядерності клітин свідчить про патологію, про загибель ядра, що проявляється каріопікнозом, каріорексисом, каріолізисом. Каріопікноз (karyopicnosis) - це зморщення ядерного матеріалу в однорідну інтенсивно зафарбовану масу. Ядро при цьому добре зафарбовується основними фарбами (гематоксилін, метиленовий синій, галоціанін) і при реакції Фольгена. Каріорексис (karyorhexis) - розрив ядра на фрагменти, які розсипаються в цитоплазмі. Каріолізис (karyolysis) - повне розчинення ядра, втрата ним здатності зафарбовуватися основними фарбами.

При патологічних станах спостерігається життєздатність частин цитоплазми, відділеної від клітини, наприклад, фрагменти цитоплазми пухлинних клітин. Фрагменти цитоплазми гранулоцитів під дією температурних чинників зберігають здатність хемотаксису та рухомості.

Форма ядер, як правило, сферична або еліпсоїдна. Поряд з такою формою є клітини, які мають паличкоподібну, бобоподібну, сегментоподібну чи неправильну форму.

Зміна форми ядра є суттєвою діагностичною ознакою. Трапляється поліморфізм - при гранулематозному запаленні і пухлинному рості (клітинний атипізм). Деформація ядер може бути зумовлена цитоплазматичними включеннями (перстнеподібні клітини слизового раку, гепатоцити при жировій дистрофії печінки). Форма ядра змінюється при множинних випинаннях його в цитоплазму.

Розміри і структура ядер в інтерфазі залежить від плоїдності і функціонального стану його.

Діаметр ядра в клітинах ссавців дорівнює 4-6 мкм. Співвідношення об’єму ядра і цитоплазми - відносно постійна величина для кожного типу клітин. У цілому об’єм ядра є видовою ознакою і залежить від вмісту ДНК, білків і води. Протягом життєвого циклу клітини ядра зберігаються в інтерфазі. У період мітозу ядро заміщається конденсованими хромосомами, сукупність яких носить назву „мітотичне ядро”. У період інтерфази в ядрі клітини розрізняють ядерну оболонку (нуклеолема, каріолема), нуклеоплазму (каріоплазму), ядерце, хроматин.

Відомо, що діаметр диплоїдних ядер менший, ніж тетраплоїдних, октоплоїдних - більший, ніж тетраплоїдних.

Переважна більшість клітин має диплоїдні ядра. У проліферуючих клітинах в період синтезу ДНК (S-фаза) вміст останньої збільшується в два рази, а в постмітотичний, навпаки, зменшується.

Поліплоїдія - це кратне збільшення числа наборів хромосом в ядрах клітин. Поліплоїдні клітини трапляються в нормально функціонуючих органах, тканинах і клітинах тварин: в печінці, нирках, міокарді, епідермісі, гігантських клітинах трофобласта, мегакаріоцитах. Збільшення числа поліплоїдних ядер спостерігається при репаративній регенерації (печінка), компенсаторній, регенераційній гіпертрофії (міокард), при пухлинному рості (причому в міру зниження диференціації пухлин плоїдність зростає).

Явищем, протилежним поліплоїдії, є анеуплоїдія - зміни, які проявляються в неповному наборі хромосом. Анеуплоїдія виявляється при злоякісному рості пухлин, причому при зростанні злоякісності збільшується число анеуплоїдних клітин.

Розмір ядер і ядерних структур незалежно від плоїдії визначається значною мірою функціональним станом клітин. Функціональний стан ядра відбиває характер і розподіл хроматину, який буває двох класів: гетерохроматин та еухроматин. Гетерохроматин - це конденсований (компактний) хроматин, який розміщений у зовнішніх відділах диплоїдних ядер і вважається малоактивним або неактивним. Він залишається компактним не тільки в мітозі, але й в інтерфазі.

Еухроматин - це неконденсований (пухкий) хроматин, достатньо активний, розташований в інших частинах ядра. Він визначає процеси транскрипції, тобто спрямовує процеси синтезу білка. Конденсація еухроматину відображає процеси інактивації активних ділянок транскрипції, що свідчить про патологічні явища. Конденсація еухроматинових структур нерідко трапляється при гіпоксії, що реєструється скручуванням хроматину біля внутрішньоядерної мембрани на ділянках між порами (гіперхроматоз стінки ядра, маргінізація ядра).

Структура і розміри ядерець (nucleolus) мають суттєве значення в оцінці морфофункціонального стану клітини. Число ядерець, їх розміри і форма варіюють залежно від виду клітин. Найбільш часто виявляється ядерце сферичної форми. Ядерця здатні зливатися одне з одним, тому в ядрі можуть бути або декілька дрібних ядерець, або одне велике або декілька ядерець різної величини. У клітинах з низьким рівнем білкового синтезу ядерця невеликі або не виявляються. Ядерця не мають оболонки й оточені шаром конденсованого хроматину - т. з. навколоядерцевого, або перинуклеолярного, гетерохроматину. За допомогою цитохімічних методів в ядерці виявлені РНК й білки (кислі та основні). Білки ядерець містять ферменти, які беруть участь у синтезі рРНК.

Розміри ядерець залежать від типу і функції клітин організму. Треба наголосити, що розмір і структура ядерець у переважній більшості випадків корелюють з об’ємом клітинного білкового синтезу. В ядерці відбувається синтез рибосомальної РНК (рРНК). В ядерці є особлива компактна фібрилярної консистенції зона, яка називається фібрилярний центр. Поблизу ядерця виявляється своєрідне тільце, що називається тільцем Барра, яке відповідає одній із двох Х-хромосом клітин особин жіночої статі. Зони фібрилярного центру називають ще ядерцевими організаторами, в яких міститься велика кількість копій генів, які кодують рРНК.

Збільшення розмірів і кількості ядерець призводить до збільшення розмірів ядер, що свідчить про підвищення функціональної активності. Збільшення кількості і розмірів ядерець спостерігається в пухлинних клітинах.

Ядерні включення поділяють на 3 групи: цитоплазматичні, справжні та вірусозумовлені.

Ядерні цитоплазматичні включення - це обмежена оболонкою частина цитоплазми в ядрі, поява якої пов’язана з порушенням мітотичного поділу в телофазі (постмітотичне розправлення каріомер). Ядерні цитоплазматичні включення можуть містити всі складові частини клітини. Якщо ядерні цитоплазматичні включення зв’язані цитоплазматичним „листком” з іншим клітинним простором, то вони зберігаються. При відсутності такого з’єднувального „листка” такі включення піддаються коагуляції і гинуть. Таке цитоплазматичне включення набуває кулеподібної форми і може сприйматись за вірусне включення.

Справжні ядерні включення - це речовини в каріоплазмі, що містяться в цитоплазмі (білок, глікоген, ліпіди тощо). У більшості випадків ці речовини потрапляють із цитоплазми в ядро через пошкоджені, або напівпошкоджені пори ядерної оболонки або через пошкоджену ядерну оболонку. Проникнення речовин можливе і при мітозі в період телофази Включення глікогену в ядрах гепатоцитів спостерігається при цукровому діабеті. О.В. Жаров описав жирові включення в ядрах гепатоцитів при кетозах великої рогатої худоби. Описані особливі форми справжніх включень ядра, які утворюються при отруєннях важкими металами, що здатні проникати в ядро і викликати зміну його білків. Це часто трапляється при отруєнні солями свинцю.

Вірусозумовлені ядерні включення (т.з. тільця ядерних включень) - це білкові часточки в каріоплазмі, які утворилися при внутрішньоядерному розмноженні вірусу і нагадують його кристалічну сітку, їх розглядають як реакцію пошкодження (реактивні включення) вірусом цитоплазми.

Ядерна оболонка, або нуклеолема (nucleolemma) побудована із зовнішньої та внутрішньої ядерної мембран ліпопротеїдної природи. Простір між названими мембранами зветься перинуклеарним. Ширина його дорівнює 25 нм. Ядерна оболонка несуцільна, вона має в собі пори (поровий комплекс, поросоми). Типова поросома - це складна система білкових глобул і фібрил. В місці розташування порового комплексу зовнішня і внутрішня ядерні оболонки з’єднуються, формуючи так звану анулярну структуру (рис.1.2.1.15).

Будова і число поросом варіює і залежить від типу клітини і її функціонального стану. У клітинах з високою метаболічною активністю поровий комплекс займає 25-50% поверхні ядра. За допомогою поросом здійснюється взаємодія між ядром та цитоплазмою.

Ядерній оболонці властиві такі функції, порушення яких може бути основою для патології клітини, а саме:

1) підтримання форми та розмірів ядра;

2) прикріплення ДНК для полегшення реплікації і транскрипції;

3) контроль нуклеоцитоплазматичного обміну, в т. ч. вивільнення РНК, фізичний бар’єр між генетичним архівом і метаболічними та синтетичними компонентами цитоплазми;

4) синтез мембран, оскільки ядерна мембрана безперервно пов’язана з ендоплазматичною сіткою;

5) детоксикація низки речовин і модуляцій гормональних впливів, які досягли нуклеоплазми (Brandstetter D., Joldblatt Р., 1983).

Можливі зміни структури нуклеолеми при патологічних станах і хворобах наведені в табл.2.