First discovery of the podocytes in the circulatory system of enigmatic Echiurids (Annelida: Thalassematidae)

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Fine structure of echiurid blood vessels in the proboscis is known in details, but the circulatory system of the trunk remains studied mainly at the level of general anatomy. The investigation of the trunk circulatory system in Bonellia viridis females revealed the presence of specialized podocytes in the ring vessel and anterior part of the ventral vessel. This study allowed to describe podocytes in echiurid circulatory system for the first time. Podocytes of B. viridis are characterized by a typical cellular architecture, which is known for other bilaterians: they consist of a cell body, primary processes, and pedicels that are interconnected via specialized slit diaphragms. The presence of podocytes in the ventral and ring vessels indicates these parts of circulatory system as sites of ultrafiltration in echiurids, i.e., exactly in these palaces, the filtration of plasma occurs through the basal lamina to the body cavity.

Full Text

Эхиуриды – это небольшая группа несегментированных морских бентосных червей [1, 2]. Систематическое положение этой группы неоднократно менялось, однако сейчас эхиурид безоговорочно относят к кольчатым червям (Annelida) [3]. В отличие от большинства других представителей типа, эхиуриды утратили метамерное строение и полностью лишились дисепиментов [1]. Их туловище, таким образом, содержит единый целомический мешок, не подразделенный на компартменты [1]. Утрата метамерии повлекла за собой и преобразования других систем органов. Так, у эхиурид отсутствуют метамерные метанефридии, а выделительные органы представлены необычными анальными мешками, которые несут многочисленные ресничные воронки и открываются в клоаку.

Известно, что большинство эхиурид имеют замкнутую кровеносную систему, которая была изучена на общем анатомическом уровне [4] и с использованием 3D реконструкции по сериям срезов [2]. В кровеносной системе эхиурид так же, как и у остальных кольчатых червей можно выделить восходящий дорсальный сосуд и нисходящий вентральный сосуд [5]. Однако у эхиурид дорсальный кровеносный сосуд присутствует только в передней части туловища и отсутствует в средней и задней частях туловища, где его заменяет синус вокруг пищеварительной трубки [1]. В хоботе есть три кровеносных сосуда: один аксиальный, который является продолжением дорсального сосуда, и два латеральных сосуда, которые сливаются вместе в туловище, образуя вентральный кровеносный сосуд. Строение кровеносных сосудов, проходящих в хоботе, хорошо известно [6, 7], однако тонкое строение кровеносной системы в туловище остается почти не изученным. Новые данные о локализации подоцитов в кровеносной системе и деталях их строения прольют свет на особенности функционирования метанефридиальной системы эхиурид в целом и расширят наши представления о физиологии этих необычных аннелид.

Цель настоящей работы – изучить тонкое строение подоцитов в кровеносной системе самок B. viridis.

Материалом для работы послужили взрослые самки B. viridis Rolando, 1822, которые были собраны у берегов Марселя на побережье Прованса, Франция, 43°16'38” СШ, 5°18'24” ВД. Морфология особей была изучена с помощью стереомикроскопа Leica M165C, оснащенного цифровой камерой Leica DFC420 (Leica Microsystems GmbH). После анатомирования отдельные части кровеносной системы были зафиксированы в 2,5% глутаровом альдегиде на 0,05 М какодилатном буфере, содержащем NaCl, в течение 8 ч при +4°С. Затем образцы промывали в какодилатном буфере (трижды в течение 4 ч) и повторно фиксировали в 1%-ном тетроксиде осмия в том же буфере. Образцы обезвоживали в возрастающих концентрациях этанола и заливали в смолу Embed-812 (Electron Microscopy Science). Полутонкие и тонкие срезы изготовили с помощью ультрамикротома Leica UC7 (Leica Microsystems GmbH). Ультратонкие срезы контрастировали растворами уранил ацетата (0.5%) и цитрата свинца (0.4%), а затем исследовали с помощью электронного микроскопа JEOL JEM-1011 (JEOL Ltd.).

В составе кровеносной системы туловища эхиурид можно выделить нисходящую часть, которая представлена брюшным кровеносным сосудом, восходящую часть, которую составляют околокишечный синус и дорсальный кровеносный сосуд, и поперечные кровеносные сосуды, соединяющие обе части.

В передней трети туловища от вентрального кровеносного сосуда отходит нейро-интенстинальный сосуд, который заканчивается в кольцевом сосуде (рис. 1а). Стенки вентрального кровеносного суда в его передней трети и кольцевого сосуда образованы подоцитами. Эти клетки имеют как общие черты строения, так и незначительные различия в зависимости от их локализации. На уровне клеточной архитектуры у каждого подоцита можно выделить расширенное клеточное тело, первичные отростки и цитоподии (рис. 1b). В клеточном теле находится крупное ядро с выраженным ядрышком, комплекс Гольджи, многочисленные фагосомы и мультивезикулярные тельца (рис. 1b). Тело клетки и первичные отростки несут многочисленные апикальные выросты, направленные в полость тела. Первичные отростки имеют диаметр от 3 до 0.5 мкм и распластаны на поверхности базальной пластинки. В цитоплазме первичных отростков проходят тонкие пучки миофиломентов (рис. 1b-c). Первичные отростки дают начало многочисленным тонким цитоподиями, которые в свою очередь ветвятся и лежат между цитоподиями соседних подоцитов, вместе образуя характерный лабиринтоподобный рисунок (рис. 1b-c). Цитоподии в среднем достигают ширины от 0.1 до 0.25 мкм (рис. 1d). Между цитоподиями соседних подоцитов обнаруживаются контакты, которые могут быть описаны как щелевые диафрагмы: тонкая пластинка электронно-плотного вещества. Расстояние между цитоподиями и соответственно ширина щелевой диафрагмы не превышает 20 нм. Цитоподии лежат на плотной базальной пластинке, под которой находится толстый слой внеклеточного матрикса, пронизанный коллагеновыми волокнами (рис. 1c-d). Несмотря на общие черты в строении подоцитов вентрального кровеносного сосуда и кольцевого сосуда, между ними есть и заметные различия. Цитоподии подоцитов кольцевого сосуда (рис. 1e) имеют гораздо больший диаметр и образуют менее сложный и менее разветвленный лабиринт, базальная пластинка выражена слабее, а апикальные выросты заметно длиннее и многочисленнее.

 

Рис. 1. Подоциты в кровеносной системе самок Bonellia viridis: (а) – схема организации кровеносной системы (б) – подоцит на поперечном срезе вентрального кровеносного сосуда, ТЕМ, (в) – первичные отростки и цитоподии подоцита вентрального кровеносного сосуда, ТЕМ, (г) – цитоподии подоцитов в вентральном кровеносном сосуде, ТЕМ, (д) – цитоподии подоцитов в кольцевом сосуде, ТЕМ, (е) – схема строения подоцита с цитоподиями: стрелками показано направление движения жидкости из кровеносной системы в полость туловищного целома.

Обозначения: (abv) – аксиальный кровеносный сосуд, (appr) – апикальный вырост, (bl) – базальная пластинка, (bs) – полость сосуда, (cb) – клеточное тело, (сf) – коллагеновые филаменты, (chrv) – кольцевой сосуд щетинок, (dbv) – дорсальный кровеносный сосуд, (ecm) – внеклеточный матрикс, (G) – комплекс Гольджи, (is) – околокишечный синус, (lbv) – латеральный кровеносный сосуд, (lo) – лопасть хобота, (mf) – миофиламенты, (nu) – ядро, (nibv) – нервно-кишечный кровеносный сосуд, (nu) – ядро, (pp) – первичный отросток подоцита, (pr) – хобот, (rbv) – кольцевой кровеносный сосуд, (tr) – туловище, (sd) – щелевая диафрагма, (vbv) – вентральный кровеносный сосуд, (vs) – везикулы. Звездочки (*) обозначают целомическую полость, наконечники стрелок указывают на цитоподии подоцитов. Масштаб – 1 мкм.

 

Считается, что подоциты находятся на определенных участках кровеносных сосудов, где формируются зоны ультрафильтрации [8]. Одна из главных особенностей подоцитов, которая позволяет отличить их от любых других клеток, – это наличие цитоподий, которые связаны друг с другом специализированными щелевыми диафрагмами. Через базальную пластинку кровеносных сосудов и щелевые диафрагмы между цитоподиями подоцитов происходит ультрафильтрация жидкости из полости сосудов в полость целома [9]. В результате ультрафильтрации в полости целома формируется первичная моча, которая за счет работы ресничных воронок метанефридиев попадает в выделительный канал, где подвергается вторичному всасыванию [10]. Подоциты, обнаруженные нами у B. viridis (рис. 1f), цитологически соответствуют подоцитам, которые описаны у других Bilateria. Это позволяет предполагать, что зоны ультрафильтрации у B. viridis и, возможно, других эхиурид находятся в области передней части брюшного сосуда и кольцевого сосуда, т.е. в передней трети туловища, тогда как специализированные метанефридии – анальные мешки – расположены в задней части туловища [11].

Обнаруженные у подоцитов B. viridis многочисленные фагосомы и производные лизосом свидетельствуют о высокой эндоцитозной активности, которая характерна и для подоцитов других кольчатых червей [12]. Миофиламенты в основании первичных отростков (рис. 1f) указывают на неполное разделение функций с миоэпителиальными клетками сосудов. Миофиламенты в базальных участках подоцитов описаны у многих кольчатых червей и других билатерий, например Phoronida [13, 14]. Одной из ярких особенностей подоцитов у B. viridis является наличие многочисленных апикальных выростов. Подобные выросты ранее были описаны для клеток целомического эпителия латеральных каналов и миоэпителия аксиального и латерального сосудов хобота самок B. viridis [7]. Таким образом, подоциты сохраняют ряд цитологических признаков, указывающих на их общее происхождение с миоэпителием сосудов и целотелием.

Источник финансирования

Работа П.А. Кузнецова выполнена при финансовой поддержке гранта Вернадского от посольства Франции в Российской Федерации.

Соблюдение этических норм и стандартов

Работа проведена на беспозвоночных животных, представителях типа Annelida. В соответствии с пунктом 3 главы 1 директивы 2010/63/ЕС от 22 сентября 2010 г. о защите животных, используемых в научных целях, требования по биоэтике не распространяются на беспозвоночных животных, за исключением класса Cephalopoda (головоногие моллюски).

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

×

About the authors

P. А. Kuznetsov

Lomonosov Moscow State University; Institut Méditerranéen de Biodiversité et d’Ecologie Marine et Continentale (IMBE), Aix Marseille University, CNRS, IRD, Avignon University

Email: temereva@mail.ru
Russian Federation, Moscow; France, Marseille

A. V. Ereskovsky

Lomonosov Moscow State University; Institut Méditerranéen de Biodiversité et d’Ecologie Marine et Continentale (IMBE), Aix Marseille University, CNRS, IRD, Avignon University; Koltzov Institute of Developmental Biology of Russian Academy of Sciences

Email: temereva@mail.ru
Russian Federation, Moscow; France, Marseille; Moscow

Е. N. Temereva

Lomonosov Moscow State University

Author for correspondence.
Email: temereva@mail.ru
Russian Federation, Moscow

References

  1. Pilger J.F. Echiura. In Microscopic analomy of invertebrates. New York: Wiley-Liss Inc. 1993. Vol. 12 P. 186–236.
  2. Maiorova A.S., Adrianov A.V. Biodiversity of echiurans (Echiura) of the Kuril-Kamchatka Trench area // Prog. Oceanogr. 2020. Vol. 180. 102216.
  3. Goto R., Monnington J., Sciberras M., et al. Phylogeny of Echiura updated, with a revised taxonomy to reflect their placement in Annelida as sister group to Capitellidae // Invertebr. Syst. 2020. Vol. 34. No. 1. 101.
  4. Amor A. Modelos de sistema vascular en Echiura // Asociación Argentina de Ciencias Naturales, Buenos Aires. Physis. 1973. Vol. 32. Vol. 84. P. 115–120.
  5. Schmidt‐Rhaesa A. The evolution of organ systems. Oxford: Oxford University Press. 2007.
  6. Bosch C. Les vaisseaux sanguins de la trompe chez Bonellia viridis (Echmrien) et leur musculature a fonction multiple // Annales Des Sciences Naturelles: Zoologie Et Biologie Animale. 1984. Vol. 6. P. 3–32.
  7. Kuznetsov P., Temereva E. Ultrastructure of proboscis blood vessels in females of Bonellia viridis (Annelida: Bonellinae): New reconstructions // J. Morphol. 2022. Vol. 283. No. 6 P. 771–782.
  8. Peters W. Possible site of ultraflltration in Tubifex tubifex (Annelida, Oligochaeta) // Cell. Tiss. Res. 1977. Vol. 179. P. 367–375.
  9. Bunke D. Ultrastructure of the metanephridial system in Aeolosoma bengalense (Annelida) // Zoomorphol. 1994. Vol. 114. P. 247–258
  10. Smith P.R. Polychaeta: Excretory system. In Microscopic analomy of invertebrates. New York: Wiley-Liss Inc. 1992. Vol. 7. P. 71–108.
  11. Lehrke J., Bartolomaeus T. Ultrastructure of the anal sacs in Thalassema thalassemum (Annelida, Echiura) // Zoomorphol. 2011 Vol. 130 P. 39–49.
  12. Bunke D. Ultrastructure of the metanephridial system in Aeolosoma bengalense (Annelida) // Zoomorphol. 1994. Vol. 114. P. 247–258.
  13. Storch V., Hermann K. Podocytes in the blood vessel linings of Phoronis muelleri (Phoronida, Tentaculata) // Cell. Tiss. Res. 1978. Vol. 190. P. 553–556.
  14. Temereva E.N., Malakhov V.V. Ultrastructure of the blood system in phoronid Phoronopsis harmeri Pixell, 1912: 1. Capillaries // Russian Journal of marine biology. 2004. Vol. 30. No. 1. P. 28–36.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Podocytes in the circulatory system of Bonellia viridis females: (a) – a diagram of the organization of the circulatory system (b) – a podocyte on a cross section of a ventral blood vessel, TEM, (c) – primary processes and cytopodia of a podocyte of a ventral blood vessel, TEM, (d) – cytopodia of podocytes in a ventral blood vessel, (e) – cytopodia of podocytes in an annular vessel, (e) – a diagram of the structure of a podocyte with cytopodia: arrows show the direction of fluid movement from the circulatory system into the cavity of the trunk coeloma. Designations: (abv) – axial blood vessel, (appr) – apical outgrowth, (bl) – basal plate, (bs) – vessel cavity, (cb) – cell body, (cf) – collagen filaments, (chrv) – annular vessel of bristles, (dbv) – dorsal blood vessel, (ecm) – extracellular matrix, (G) – Golgi complex, (is) – perinatal sinus, (lbv) – lateral blood vessel, (lo) – proboscis blade, (mf) – myofilaments, (nu) – nucleus, (nibv) – neuro-intestinal blood vessel, (nu) is the nucleus, (pp) is the primary process of the podocyte, (pr) is the trunk, (rbv) is the annular blood vessel, (tr) – trunk, (sd) – slit diaphragm, (vbv) – ventral blood vessel, (vs) – vesicles. Asterisks (*) indicate the coelomic cavity, the tips of the arrows indicate the cytopodia of the podocytes. The scale is 1 micron.

Download (1020KB)
Indexing metadata

Note

Presented by Academician of the RAS V. V. Malakhov


Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».