КЛИНИЧЕСКАЯ МОРФОЛОГИЯ ПЕЧЕНИ: ГЕПАТОЦИТЫ, ЭНДОМЕМБРАННАЯ СИСТЕМА
Аннотация
Введение. Одним из основных структурно-функциональных элементов гепатоцитов, обеспечивающих полноценное функционирование систем организма, является эндомембранная система цитоплазмы (ЭМСЦ), представленная эндоплазматическим ретикулумом, комплексом Гольджи, лизосомами и другими органеллами. В клинической практике визуализация компонентов ЭМСЦ при хроническом гепатите С (ХГС) представлена недостаточно.Цель исследования – представить морфологические характеристики ЭМСЦ гепатоцитов при вирусных поражениях печени.
Материалs и методы. Биоптаты печени получены путем проведения аспирационной биопсии печени у 18 пациентов с ХГС и ко-инфекцией ХГС/ВИЧ, от которых имелось письменное информированное согласие. Для описания морфологических изменений в биоптатах печени использованы методы световой микроскопии полутонких срезов по усовершенствованной методике фиксации и электронной микроскопии ультратонких срезов. Для получения снимков использовался комплекс из цифровой камеры Olympus Mega View III (Германия) и программы для обработки изображений iTEM (Olympus, Германия).
Результаты. Представлена подробная описательная и визуализационная характеристика особенностей строения всех компонентов ЭМСЦ: шероховатой и гладкой эндоплазматической сети, аппарата Гольджи, лизосом и пероксисом при ХГС и ко-инфекции HCV/ВИЧ. Особое внимание уделено визуализации структур ЭМСЦ, ответственных за репликацию HCV в условиях ко-инфекции. Представлены фотографии первичных и вторичных лизосом, особенности строения гетеролизосом, аутолизосом, телолизосом, пероксисом.
Заключение. Морфологическая характеристика изменений в ЭМСЦ гепатоцитов наиболее точно представлена при визуализации всех компонентов ЭМСЦ методом электронной микроскопии. Визуализация вирусндуцированных мембранных изменений ЭМСЦ гепатоцитов раскрывает особенности цитопатических эффектов HCV и ко-инфицирования HCV+HIV на разные структуры ЭМСЦ гепатоцитов, ответственные за процессы детоксикации, метаболизма и репликации гепатотропных вирусов. Изменения во всех структурах ЭМСЦ гепатоцитов не носят изолированный характер, характеризуются комплексом специфических ультраструктурных признаков, ассоциированных друг с другом и объединенных апоптозогенным механизмом патогенеза HCV-инфекции. Необходимы дальнейшие исследования по уточнению роли HCV/HIV в формировании репликационных «аэродромов» и «фабрик», разработке методов их идентификации с целью раскрытия новых механизмов прогрессирования HCV-инфекции и трансформации инфекционного процесса в фиброгенный и онкогенный процессы.
Литература
1. Hem A, Kormak D. Gistologija. Vol. 4. Moskva: Mir; 2004. 248 p. (Russian).
2. Kolman Ja, Rjom KG. Nagljadnaja biohimija. Moskva: Mir; 2004. 469 p. (Russian).
3. Pechen. In: Petrovskij BV, editor. Bolshaja medicinskaja jenciklopedija. Vol. 19. Moskva: Sovetskaja jenciklopedija; 1982. p.153-191. (Russian).
4. Afanasev JuI, Bazhenov DV, Borovaja TG, Valkovich JeI, Danilov RK, editors. Rukovodstvo po gistologii. Vol. 2. Sankt-Peterburg: Specialnaja literatura; 2011. 511 p. (Russian).
5. Organelle [Internet]. Available from: https://en.wikipedia. org/wiki/Organelle.
6. Alberts B, Brej D, Ljuis Dzh, Rjeff M. Molekuljarnaja biologija kletki. Vol. 2. Moskva: Mir; 1993. 539 p. (Russian).
7. Chu VC, Bhattacharya S, Nomoto A, Lin J, Zaidi SK, Oberley TD, Weinman SA, Azhar S, Huang TT. Persistent expression of hepatitis C virus non-structural proteins leads to increased autophagy and mitochondrial injury in human hepatoma cells. PLoS ONE. 2011;6(12):e28551. doi: 10.1371/journal.pone.0028551.
8. Egger D, Wölk B, Gosert R, Bianchi L, Blum HE, Moradpour D, Bienz K. Expression of Hepatitis C Virus Proteins Induces Distinct Membrane Alterations Including a Candidate Viral Replication Complex. J. Virol. 2002;76(12):5974-5984.
9. Romero-Brey I, Bartenschlager R. Endoplasmic Reticulum: The Favorite Intracellular Niche for Viral Replication and Assembly. Viruses. 2016;8(6):E160. doi: 10.3390/v8060160.
10. Millonig, GA. Advantages of a phosphate buffer for osmium tetroxide solutions in fixation. J. Appl. Phys. 1961;32:1637-1643.
11. Glauert RH. Araldite as embedding medium for electron microscopy. J. Biophys. Biochem. Cytol. 1958;46:409-414.
12. Glauert AM. Fixation, dehydration and embedding of biological specimens. In: Glauert AM, editor. Practical methods in electron microscopy. Vol. 3, pt. 1. Amsterdam: American Elsevier; 1975. 207 p.
13. Watson ML. Staining of tissue sections for electron microscopy with heavy metals. J. Biophys. Biochem. Cytol. 1958;4(4):475-478.
14. Reynolds ES. The use of lead citrate at high pH as an electronopaque stain in electron microscopy. J. Cell. Biol. 1963:17;208-212. doi: 10.1083/jcb.17.1.208
15. Andreev VP, Tsyrkunov VM, Kravchuk RI, Kurbat MN. Klinicheskaja citologija pecheni: mitohondrii [Clinical cytology of the liver: mitochondria]. Gepatologija i gastrojenterologija [Hepatology and Gastroenterology]. 2018;2(2):143-154. (Russian).
16. Tsyrkunov VM, Prokopchik NI, Andreev VP, Kravchuk RI. Klinicheskaja morfologija pecheni: distrofii [Сlinical morphology of liver: dystrophies]. Gepatologija i gastrojenterologija [Hepatology and Gastroenterology]. 2017;1(2):140-152. (Russian).
17. Wieczorek A, Stepien PM, Zarebska-Michaluk D, Krol T. Megamitochondria formation in hepatocytes of patient with chronic hepatitis C – a case report. Clin Exp Hepatol. 2017;3(3):6169-6175. doi: 10.5114/ceh.2017.68287.
18. Kim CW, Chang KMi. Hepatitis C virus: virology and life cycle. Clin Mol Hepatol. 2013;19(1):17-25.
19. Dash S, Chava S, Aydin Y, Chandra PK, Ferraric P, Chen W, Balart LA, Wu T, Garry RF. Hepatitis C Virus Infection Induces Autophagy as a Prosurvival Mechanism to Alleviate Hepatic ER-Stress Response. Viruses. 2016;8(5):150. doi: 10.3390/v8050150.
20. Romero-Brey I, Merz A, Chiramel A, Lee J-Y, Chlanda P, Haselman U, Santarella-Mellwig R, Habermann A, Hoppe S, Kallis S, Walther P, Antony C, Krijnse-Locker J, Bartenschlagen R. Three-dimensional architecture and biogenesis of membrane structures associated with hepatitis C virus replication. PLoS Pathog. 2012;8:e1003056. doi: 10.1371/journal.ppat.1003056.
21. Wölk B, Sansonno D, Kräusslich HG. Subcellular localization, stability, and trans-cleavage competence of the hepatitis C virus NS3-NS4A complex expressed in tetracycline-regulated cell lines. J. Virol. 2000;74:2293-2304.
22. Gillespie LK, Hoenen A, Morgan G, Mackenzie JM. The endoplasmic reticulum provides the membrane platform for biogenesis of the flavivirus replication complex. J. Virol. 2010;84:10438-10447. doi: 10.1128/JVI.00986-10.
23. Paul D, Madan V, Ramirez O, Bencun O, Stoeck IK, Jirasko V, Bartenschlager R. Glycine Zipper Motifs in Hepatitis C Virus Nonstructural Protein 4B Are Required for the Establishment of Viral Replication Organelles. J. Virol. 2018;92(4):e01890-1817. doi: 10.1128/JVI.01890-17.
24. Wang H, Tai FW. Mechanisms of Cellular Membrane Reorganization to Support Hepatitis C Virus Replication. Viruses. 2016;8(5):142. doi: 10.3390/v8050142.
25. Suzuk T. Hepatitis C Virus Replication. Adv. Exp. Med. 2017;997:199-209. doi: 10.1007/978-981-10-4567-7_15.
26. Chatel-Chaix L, Bartenschlager R. Dengue Virus- and Hepatitis C Virus-Induced Replication and Assembly Compartments: the Enemy Inside – Caught in the Web. J. Virol. 2014;88(11):5907-5911.
27. Whitmill AS, Kim S, Rojas V, Gulraiz F, Afreen K, Jair M, Sinqh M, Park IW. Signature molecules expressed differentially in a liver disease stage-specific manner by HIV-1 and HCV co-infection. PLos One. 2018;13(8):e0202524. doi: 10.1371/journal.pone.0202524.
28. Lin W, Weinberg EM, Tai AW, Peng LF, Brockman MA, Kim KA, Kim S, Borges CB. HIV increases HCV replication in a TGF-beta1-dependent manner. Gastroenterology. 2008;134(3):803-811. doi: 10.1053/j.gastro.2008.01.005.
29. Tsyrkunov VM, Bushma MI, Legonkova LF. Kordiamin –aktivator processov detoksikacii: jeksperimentalnoe obosnovanie i pervye klinicheskie rezultaty. Nizhegorodskij medicinskij zhurnal. 1991;3:50-55. (Russian).
30. Zavodnik LB, Bushma MI, Lukienko PI, Abakumov GZ, Zverinskij IV, Tsyrkunov VM. Stabilizacija dijetilnikotin-amidom (kordiaminom) gidroksilirujushhej funkcii pecheni krolikov pri otravlenii CCI4 [Stabilization by diethylamide of nicotinic acid (cordiamine) of rabbit liver hydroxylating function in poisoning with CCI4]. Farmakologija i toksikologija [Pharmacology and Toxicology]. 1991;54(4):69-71. (Russian).
31. Zavodnik LB, Lukienko PI, Bushma MI, Shoka AJu, Tsyrkunov VM. Korrekcija dijetilnikotinamidom (kordiaminom) narushenija funkcii monooksigenaznoj sistemy pri tetrahlormetanovom i virusnom gepatitah [Impairments of the monooxygenase system in CC14 and virus-induced hepatitides; corrrection by cordiamine]. Voprosy medicinskoj himii. 1993;39(5):45-47. (Russian).
32. Filatov A. Kompleks Goldzhi: opisanie. In: SYL.ru [Internet]. Available from: http://www.syl.ru/article/162510/mod_kompleks-goldji-opisanie. (Russian).
33. Hansen MD, Johnsen IB, Stiberg KA, Sherstova T, Wakita T, Richard GM, Kandasamy RK, Meurs EF, Anthonsen MW. Hepatitis C virus triggers Golgi fragmentation and autophagy through the immunity-related GTPase M. Proc. Natl. Acad. Sci USA. 2017;114(17):E3462-E3471. doi: 10.1073/pnas.1616683114.
34. Feldmann G. Morphologic aspects of hepatic synthesis and secretion of plasma proteins. Prog. Liver Dis. 1979;6:23-41.
35. Morozov VA, Lagaye S. Hepatitis C virus: Morphogenesis, infection and therapy. Word J. Hepatol. 2018;10(2):186-212. doi: 10.4254/wjh.v10.i2.186.
36. Timpe JM, Stamataki Z, Jennings A, Hu K, Farquhar MJ, Harris HJ, Schwarz A, Desombere I, Roels GL, Balfe P, McKeating JA. Hepatitis C virus cell-cell transmission in hepatoma cells in the presence of neutralizing antibodies. Hepatology. 2008;47(1):17-24. doi:10.1002/hep.21959.
37. Cabukusta B. Neefjes J. Mechanisms of lysosomal positioning and movement. Traffic. 2018;19(10):761-769. doi: 10.1111/tra.12587.
38. Pu J, Guardia CM, Keren-Kaplan T, Bonifacino JS. Mechanisms and functions of lysosome positioning. J. Cell Sci. 2016;129(23):4329-4339. doi: 10.1242/jcs.196287.
39. Ballabio A. The awesome lysosome. EMBO Mol. Med. 2016;18(2):73-76. doi: 10.15252/emmm.201505966.
40. Schlegel A, Giddings TH Jr, Ladinsky MS, Kirkegaard K. Cellular origin and ultrastructure of membranes induced during poliovirus infection. J. Virol. 1996;70(10):6576-6588.
41. Novikoff AB, Novikoff PM. Microperoxisomes and peroxisomes in relation to lipid metabolism. Ann. N. Y. Acad. Sci. 1982;386:138-152.
2.png)
