Взаимоотношение половых и соматических клеток мужских гонад позвоночных: эволюционные, возрастные и сезонные аспекты, адаптивные и реактивные преобразования

Целью работы является сравнительный анализ морфофункциональных взаимодействий половых и соматических клеток в органах мужской репродуктивной системы позвоночных в онтогенезе, в условиях изменения репродуктивной активности и при воздействии дестабилизирующих факторов. Материал и методы. С использованием световой и электронной микроскопии, иммуногистохимии и морфометрии исследованы семенники представителей различных классов позвоночных (амфибии, рептилии, птицы и млекопитающие). Сбор материала осуществлялся в экологически благополучных экосистемах и в экосистемах с высокой антропогенной нагрузкой в Оренбургской области России и в Актюбинской области Республики Казахстан. Результаты. На материале собственных исследований половых желез, а также на основе сведений современной отечественной и зарубежной литературы показаны закономерности взаимоотношений половых клеток с соматическими клетками их микроокружения в семенниках позвоночных. Рассмотрены особенности структурной организации герминативного и эндокринного компонентов мужских гонад. Показаны особенности структурной организации интерстициальных эндокриноцитов (клеток Лейдига), установлена их высокая устойчивость к действию различных дестабилизирующих факторов по сравнению со сперматогенным эпителием. Пубертатная генерация эндокриноцитов семенников позвоночных в репродуктивном возрасте характеризуется стабильностью численности клеток и относится к клеточным популяциям стабильного типа. Показана роль и значимость структур гематотестикулярного барьера и установлены морфологические эквиваленты изменения проницаемости этого барьера, выявлено, что у исследованных животных в условиях действия негативных антропогенных факторов происходит нарушение целостности гематотестикулярного барьера в семенниках. Действие дестабилизирующих факторов приводит к снижению численности развивающихся половых клеток в просвете канальцев придатка (вплоть до полного их исчезновения у отдельных особей), что, вероятно, связано с ухудшением трофических влияний на них со стороны структур придатка семенника. Заключение. Сформированный в ходе эволюции принцип организации основных компартментов семенников – извитых семенных канальцев и интерстиция органа, вероятно, оказался эволюционно выгодным, поскольку он представлен в семенниках всех амниот – рептилий, птиц и млекопитающих. В процессе эволюционного развития в семенниках позвоночных сформировалось несколько разновидностей структурной организации извитых семенных канальцев и интерстиция. Необходимость в защите развивающихся половых клеток от воздействия иммуноцитов привела к формированию в семенниках гематотестикулярного барьера.

1. Бахтюков А.А., Деркач К.В., Романова И.В., Сорокоумов В.Н., Соколова Т.В., Говди А.И., и др. Влияние низкомолекулярных аллостерических агонистов рецептора лютеинизирующего гормона на его экспрессию в семенниках самцов крыс. Журнал эволюционной биохимии и физиологии. 2021;57(2):124–35. doi: 10.31857/S0044452921020017

2. Боков Д.А., Шевлюк Н.Н., Абдильданова А.М. Формирование изменчивости цитометрических параметров в различных кластерах интерстициальных эндокриноцитов семенников мышей CBAхC57BL6 при хром-бензольной интоксикации в эксперименте. Бюлл. эксперим. биол. и мед. 2014;157(1):53–6.

3. Габаева Н.С. К сравнительной гистологии фолликулярного эпителия семенников позвоночных. Архив анат. 1970;58(4):20–37.

4. Голиченков В.А., Иванов Е.А., Никирясова Е.Н. Эмбриология. М.: Изд. Центр «Академия»; 2004.

5. Райцина С.С. Сперматогенез и структурные основы его регуляции. М.: Наука; 1985.

6. Семченко В.В., Барашкова С.А., Ноздрин В.И., Артемьев В.Н. Гистологическая техника. 3-е изд., доп. и переработ. Омск–Орёл: Омская областная типография; 2006.

7. Terminologia embryologica. Международные термины по эмбриологии человека с официальным списком русских эквивалентов / Под ред. Л.Л.Колесникова, Н.Н.Шевлюка, Л.М.Ерофеевой. М.: ГЭОТАР-Медиа; 2014.

8. Шарафутдинова Л.А., Федорова А.М., Башкатов С.А., Синельников К.Н., Валиуллин В.В. Структурно-функциональная характеристика сперматогенного эпителия крыс в условиях воздействия наночастиц диоксида титана. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2018;166(8):241–5.

9. Шевлюк Н.Н. Сравнительная гистология мужской репродуктивной системы позвоночных. Оренбург: Изд-во ОрГМУ; 2017.

10. Aire TA. Anatomy of the testis and male reproductive tract. In: Jamieson B.G.M. Ed. Reproductive biology and phylogeny of birds. Enfield N.H.: Science Publishers; 2007.

11. Casarini L, Santi D, Brigante G, Simoni M. Two Hormones for One Receptor: Evolution, Biochemistry, Actions, and Pathophysiology of LH and hCG. Endocrine Reviews. 2018 Oct 1;39(5):549–92. doi: 10.1210/er.2018-00065

12. Cheng CY, Mruk DD. The biology of spermatogenesis: the past, present and future. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. 2010 May 27;365(1546):1459– 63. doi: 10.1098/rstb.2010.0024

13. De Pascali F, Reiter E. β-arrestins and biased signaling in gonadotropin receptors. Minerva Ginecologica. 2018 Oct;70(5):525–38. doi: 10.23736/s0026-4784.18.04272-7

14. Derkach KV, Legkodukh AS, Dar’in DV, Shpakov AO. The stimulating effect of thienopyrimidines, the structural analogs of org 43553, on the activity of adenylyl cyclase in the testes and on the testosterone production in male rats. PubMed. 2016 Jan 1;58(8):602–9.

15. Egea-Serrano A, Relyea RA, Tejedo M, Torralva M. Understanding of the impact of chemicals on amphibians: a meta-analytic review. Ecology and Evolution [Internet]. 2012 Jun 8;2(7):1382–97. doi: 10.1002/ece3.249

16. Ehmcke J, Wistuba J, Schlatt S. Spermatogonial stem cells: questions, models and perspectives. Human Reproduction Update. 2006 Jan 30;12(3):275–82. doi: 10.1093/humupd/dmk001

17. Faivovich J, Haddad CFB, Garcia PCA, Frost DR, Campbell JA, Wheeler WC. Systematic review of the frog family Hylidae, with special reference to Hylinae: phylogenetic analysis and taxonomic revision. Bulletin of the American Museum of Natural History. 2005;294(1):1–240. doi: 10.1206/0003- 0090(2005)294[0001:srotff]2.0.co;2

18. Gilbert SF. Developmental biology. Sunderland: Sinauer Ass. Inc.; 2006. 19. Gribbins K. Reptilian spermatogenesis: A histological and ultrastructural perspective. Spermatogenesis. 2011 Jul;1(3):250–69

19. Gribbins KM, Gist DH. The cytological evaluation of the germinal epithelium and the germ cell cycle in an introduced population of European Wall Lizard, Podarics muralis. J Morphol. 2003;256:296–306.

20. Jacobson ER. Infectious diseases and pathology of reptiles : color atlas and text. Boca Raton, Fl: Crc/Taylor & Francis; 2007.

21. Lancaster K, Trauth SE, Gribbins KM. Testicular histology and germ cell cytology during spermatogenesis in the Mississippi map turtle,Graptemys pseudogeographica kohnii, from Northeast Arkansas. Spermatogenesis. 2014 May 4;4(3):e992654. doi: 10.4161/21565562.2014.992654

22. Lombardi J. Comparative vertebrate reproduction. New York: Springer; 1998.

23. Mendis-Handagama SM, Ariyaratne HB. Differentiation of the Adult Leydig Cell Population in the Postnatal Testis. Biology of Reproduction. 2001 Sep 1;65(3):660–71. doi: 10.1095/biolreprod65.3.660

24. Nataraja SG, Yu HN, Palmer SS. Discovery and Development of Small Molecule Allosteric Modulators of Glycoprotein Hormone Receptors. Frontiers in Endocrinology. 2015 Sep 14;6:142. doi: 10.3389/fendo.2015.00142

25. Norris DO, Lopez KH. Hormones and reproduction of vertebrates. Reptiles. Oxford: Academic Press; 2010.

26. O’Shaughnessy PJ, Morris ID, Baker PJ. Leydig cell re-generation and expression of cell signaling molecules in the germ cell-free testis. Reproduction. 2008 Jun;135(6):851–8. doi: 10.1530/rep-07-0529

27. Riccetti L, De Pascali F, Gilioli L, Potì F, Giva LB, Marino M, et al. Human LH and hCG stimulate differently the early signalling pathways but result in equal testosterone synthesis in mouse Leydig cells in vitro. Reproductive Biology and Endocrinology. 2017 Jan 5;15(1):2. doi: 10.1186/s12958-016-0224-3

28. Sanchez-Ospina AC, Rodriguez B, Ceballos CP. Histological description of the reproductive system of male and female hatchlings of the Magdalena River turtle(Podocnemis lewyana). Acta Biologica Colombiana. 2014;19(3):427–35.

29. Seiwald M, Patzner RA. Two types of testis structures in the teleost family Gobidae. Morphological and histochemical investigations on the testis of Zosteriisessor ophiocephalus and Gobios jozo. General and Comparative Endocrinology.