Механические свойства плазматической мембраны гемоцитов некоторых представителей отряда Dictyoptera

УДК 591.111.1:595.76

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЛАЗМАТИЧЕСКОЙ МЕМБРАНЫ ГЕМОЦИТОВ НЕКОТОРЫХ ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ ОТРЯДА DICTYOPTERA

© А.А. Присный, Е.А. Гребцова

Ключевые слова: упругость; адгезия; гемоциты; плазматическая мембрана.

Исследованы свойства упругости и адгезии плазматической мембраны различных типов гемоцитов некоторых представителей отряда Dictyoptera. Осуществлен сравнительный анализ изученных показателей у гемоцитов, принадлежащих различным видам.

Наука о гемоцитах обширна и остается неизменно актуальной. Возможность выделять и идентифицировать гемоциты, а также определять физические свойства их мембран важна для исследований клеточного иммунитета насекомых.

Гемоциты выполняют ряд функций, такие как коагуляция, фагоцитоз и инкапсуляция; синтез и транспорт питательных веществ и гормонов для заживления ран посредством формирования соединительной ткани. Воздействия разнообразных стрессоров на клетки, их практическое и биомедицинское прикладное применение изучены недостаточно.

Целью данной работы было изучение механических свойств мембраны гемоцитов некоторых представителей отряда Dictyoptera.

Исследования осуществляли на сканирующем зон-довом микроскопе Интегра Вита NT-MDT в режиме полуконтактного сканирования. В работе применяли кремниевые зонды серии NSG03 (NT MDT), жесткостью 0,8 Н/м с радиусом закругления 10 нм, частотой развертки сканирования порядка 0,6-0,8 Гц. На полученных сканах определяли линейные размеры клеток. Обработку полученных результатов проводили при помощи программного обеспечения «Nova 1.0.26 Build 1397» (NT MDT).

Данные по свойствам упругости и адгезии были получены в режиме атомно-силовой спектроскопии при наложении нагрузки в 10 локальных участках клеточной поверхности. В основе метода лежит снятие «силовых кривых» (DFL (Z)) с поверхности, отражающих отклонение гибкой консоли АСМ-зонда при приближении зонда к образцу в каждой точке наноиденти-рования. Отклонение балки от положения равновесия детектируется на четырехсекционном фотодиоде и выражается через ток рассогласования между верхней и нижними частями фотодиода. Полученные «силовые кривые» обрабатывали с помощью программного обеспечения «Ef3» (NT-MDT, Зеленоград). Анализ зависимости деформации образца от приложенной нагрузки позволил количественно оценить модуль упругости и сравнить этот показатель на разных участках клеточной поверхности.

В настоящее время выяснено, что механическая прочность живой клетки наряду с липидным бислоем обеспечивается системой белковых микротрубочек и

сетью мембранных белков. Однако это не умаляет роли самих липидных пор и связанного с ними механизма дестабилизации мембран, особенно в тех случаях, когда система микротрубочек отсутствует или не развита

Большое влияние на деформируемость мембраны клетки оказывает и химический состав среды, в которой находится клетка. Уровень деформируемости клеток, главным образом, определяется модулем упругости клеточных мембран [1].

Механические свойства мягких клеток определяются в первую очередь элементами цитоскелета и физическим взаимодействием с окружающей средой. Они могут существенно меняться в процессе клеточного деления или гибели клеток, движения везикул, поглощения внеклеточных материалов, передачи сигналов и других типов взаимодействия, в результате движения. Даже клетки, принадлежащие одной и той же ткани, могут существенно менять упругие свойства в зависимости от возраста [2].

При изучении морфологии гемоцитов с помощью зондовой микроскопии уделяли внимание линейным размерам клеток, а также способности мембраны поддерживать целостность и форму клетки.

Вязко-упругостные свойства были определены для всех типов форменных элементов кроме типа 6 из-за сложности их идентификации при используемой методологии исследования. Средний размер клеток, определенный с помощью АСМ, оказался на =8 % меньше в сравнении с параметрами нативных гемоцитов, находящихся в физиологическом растворе.

Гемоциты типа 1 (рис. 1) при подсыхании практически сохраняют свою форму и тургор мембраны.

Гемоциты типа 2 (рис. 2) быстро распластываются на подложке, поверхность неровная - заметны крупные гранулы. Ядро возвышается над цитоплазмой.

У гемоцитов типа 3 (рис. 3) тургор снижается незначительно, иногда видны мелкие гранулы в цитоплазме.

Клетки практически не распластываются, хорошо заметны псевдоподии.

Гемоциты типа 4 (рис. 4) представляют собой клетки яйцевидной или овальной формы. Крупные везикулы располагаются выше уровня ядра.

Гемоциты типа 5 (рис. 5) сохраняют веретеновидную или удлиненную овальную форму, тургор незначительно снижается.

1635

Рис. 1. Гемоцит первого типа G. portentosa

Ijm

Рис. 2. Г емоцит второго типа N. cinerea

ут

Рис. 3. Агрегаты гемоцитов третьего типа P. americana

fjm 40 fjm

Рис. 4. Г емоциты четвертого типа G. portentosa

30 35

Рис. 5. Гемоцит пятого типа G. portentosa

Для всех гемоцитов жесткость мембраны значительно различается в разных точках, относящихся к одной клетке. Наименьший разброс значений характерен для гемоцитов первого типа.

Для гемоцитов третьего типа значения модуля Юнга варьировали от 17,3 до 38,4 кПя. Подобные различия в показателях в пределах одной клетки были характерны и для форменных элементов второго и четвертого типов. Максимальные значения отмечены в области гранул.

У исследованных видов насекомых показатели упругости плазмалеммы у гемоцитов первого типа выше, чем у остальных клеток (=26,6 кШ). Это может быть связано с наличием у данного типа крупного ядра, занимающего практически всю клетку, что придает ей большую жесткость. Максимальные значения модуля Юнга для мембран гемоцитов типа 2, 3 и 4 составили =24,3 кШ в области гранул и ядра.

Силы адгезии в точке подвода кантилевера также значительно разнятся в пределах одной клетки. Максимальные величины силы адгезии демонстрировали гемоциты второго (=111,8 нН) и пятого типов (=97,54 нН). Наименьшие показатели выявлены у гемоцитов типа 1 (=82 нН).

ЛИТЕРАТУРА

1. Антонов В.Ф. Липидные поры: стабильность и проницаемость мембран // Соросовский образовательный журнал. 1998. № 10. C. 10-17.

2. Пескова С.Н. Атомно-силовая микроскопия в биологических и медицинских исследованиях. Долгопрудный: Издат. дом «Интеллект», 2011. С. 117-131.

Поступила в редакцию 10 апреля 2013 г.

Prisny A.A., Grebcova E.A. MECHANICAL PROPERTIES OF HAEMOCYTES PLASMATIC MEMBRANE OF SOME REPRESENTATIVES OF DICTYOPTERA

Properties of elasticity and adhesion of haemocytes plasmatic membrane of some representatives of Dictyoptera are investigated.

Key words: elasticity; adhesion; haemocytes; plasmatic membrane.

1636