New type of gland discovered in cestodes: neurosecretory neurons release a secret into the fish host

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

In 5 species of cestode plerocercoids parasitizing fish, free endings of peripheral neurosecretory neurons were found in the tegument in the ultrastructural study. These free terminals secreted vesicles on the tegument surface and into the host body. An increase in secretion under the influence of the blood serum of a fish host has been experimentally shown. In the body of cestodes, neurosecretory neurons (NN) form paracrine-type contacts near the cell membranes of the frontal glands, tegument, and muscles, performing the function of endocrine glands. Simultaneously, NN function as exocrine glands and secrete so-called manipulative factors that influence the physiology of the host.

Full Text

Цестоды (ленточные черви) – глубоко специализированные паразиты животных и человека. Питание паразитов происходит через синцитиальную покровную ткань – тегумент. Известно, что через тегумент паразиты выделяют сложную смесь экскреторно-секреторных продуктов, обобщенно называемых «секретомом» [1, 2, 3]. Тегумент пронизан терминальными отростками фронтальных желез и свободными нервными окончаниями, отделенными от мембраны тегумента системой специализированных контактов. Фронтальные железы описаны в сколексе у представителей разных отрядов цестод, кроме циклофиллид [4–7]. Установлено, что фронтальные железы цестод осуществляют секрецию эккринным способом под контролем нейронов мозга [8]. Сенсорные нервные окончания, пронизывающие тегумент, характеризуются наличием рудиментарной реснички, базального тельца, корешка и других структур в расширенной части дендрита [9]. У ряда видов цестод обнаружены свободные окончания, не имеющие следов реснички, кинетосомы и корешка, но отделенных системой специализированных контактов от мембраны тегумента [10–13]. Строение и функция таких окончаний остаются неизвестными.

Задача настоящей работы – изучить ультраструктуру свободных терминалей в тегументе у плероцеркоидов цестод с целью установления их происхождения и функционального значения.

Материалом для работы послужили плероцеркоиды пяти видов цестод, представителей отрядов Diphyllobothriidea и Bothriocephallidea (табл. 1).

 

Таблица 1. Список исследованных видов

№

Вид паразита

Вид хозяина

Место вылова

Локализация в хозяине

1

Triaenophorus nodulosus (Pallas, 1781)

Perca fluviatilis Linnaeus, 1758

Рыбинское водохранилище

В печени в капсулах

2

Pyromicocephalus phocarum (Fabricius, 1780) Monticelli, 1890

Gadus morhua marisalbi Derjugin, 1920

Белое море, район ББС МГУ

В печени в капсулах

3

Dibothriocephalus ditremus (Creplin, 1825) Lühe, 1899

Oncorhynchus nerka (Walbaum, 1792)

оз. Кроноцкое, Камчатка

В капсулах на пищеводе, желудке, пилорических придатках

4

Dibothriocephalus dendriticus (Nitzsch, 1824) Lühe, 1899

Coregonus migratorius (Georgi, 1775)

Оз. Байкал, Кабанский район, Республика Бурятия

В капсулах на пищеводе, желудке, пилорических придатках

5

Ligula alternans (Rudolphi, 1810)

Carassius gibelio (Bloch, 1782) Linnaeus, 1758

Оз. Никиткино, Еравнинский район, Республика Бурятия

В брюшной полости

 

Для ультраструктурных исследований использовали методы трансмиссионной электронной микроскопии, модифицированные для изучения цестод [8, 12, 13]. Для изучения изменения секреторной активности с поверхности свободных терминалей у D. dendriticus и L. interrupta были проведены эксперименты по разработанной ранее методике [3].

  1. Ультраструктура свободных терминалей в тегументе.

В тегументе пяти видов плероцеркоидов мы обнаружили тонкие трубчатые свободные окончания, имеющие небольшое чашевидное дистальное расширение, содержащее везикулы (рис. 1). Везикулы выходят через поверхностную мембрану в полость поры в тегументе и затем во внешнюю среду – ткани хозяина. Мембрана чашевидных окончаний отделена от тегументальной мембраны узким кольцом септированного контакта, подостланного одним слабо выраженным электронно-плотным опорным кольцом со стороны окончания. У всех изученных видов в окончаниях не было найдено ресничек, кинетосом и корешков; митохондрии отсутствовали как в чашевидном расширении, так и в базальной части отростка, связанного с перикарионом. Кроме того, чашевидные окончания у всех видов имели вдвое меньший диаметр апикального расширения (450–600 нм), по сравнению с типичными сенсорными окончаниями или с терминалями фронтальных желез.

 

Рис. 1. Свободные терминали в тегументе и нейросекреторные нейроны (НН). а – схема строения ресничных и чашевидных окончаний нейронов в тегументе цестод. б – схема экзо- и эндокринной секреции периферическими НН: 1 – нейромышечный паракриновый контакт; 2 – экзокринная секреция на поверхность тегумента; 3 – контакт с фронтальными железами паракринового типа; 4 – выделение секрета в зоне базальной пластинки тегумента. в, г, д – L. alternans: группа чашевидных окончаний (стрелки) с секреторными везикулами в тегументе (в, г) и продольный срез (д) нейросекреторной терминали (NST), входящей в тегумент. е – P. phocarum: NST в контакте с тегументальным отростком (T). ж – D. dendriticus: паракриновый контакт NST с мышцами под тегументом (стрелки); cv, светлые везикулы. з – P. phocarum: нейросекреторный нейрон (NSN) в контакте с отростками фронтальных желез (FG) и мышцами (стрелки).

 

У плероцеркоидов T. nodulosus каждое окончание соединено с поверхностью тела индивидуальной порой; они содержат светлые везикулы 100–120 нм и отдельные микротрубочки. У инкапсулированных в печени окуня личинок эти терминали заполнены везикулами, выделяющимися на поверхность тегумента. В плероцеркоидах, извлеченных из капсулы хозяина, свободные чашевидные окончания обнаруживали пустыми, без пузырьков.

У плероцеркоидов P. phocarum чашевидные окончания встречаются как поодиночке, так и группами. В тегументе ботрии P. phocarum наблюдали от 5 до 6 тонких терминалей с плотными везикулами диаметром 90 нм, ответвляющихся от одного дендритного отростка и оканчивающихся в одну общую пору. Важно отметить, что чаша окончания может содержать или не содержать везикулы.

У плероцеркоида D. ditremus чашевидные окончания располагаются парами, содержат светлые округлые везикулы диаметром 100 нм и иногда электронноплотные везикулы 84 нм. Везикулы выделяются на поверхность тегумента через узкую пору.

У плероцеркоидов D. dendriticus по 2–3 чашевидных окончания с плотными везикулами диаметром 123 нм открываются в общую пору, связанную с внешней средой. Строение поры отличается от вышеописанных отсутствием микротрихий, уплотнением наружной мембраны тегумента и большим диаметром, достигающим 3 мкм. Как и у остальных изученных видов, терминали на апикальной поверхности имеют тонкое опорное кольцо и кольцевой септированный контакт, связывающий их с мембраной тегумента; содержат отдельные микротрубочки и везикулы.

У L. alternans чашевидные терминали обнаружены в тегументе сколекса и теле плероцеркоида. В одну пору в тегументе открывается по 4 терминали, содержат короткие микротрубочки и круглые плотные везикулы диаметром 90–94 нм, которые выделяются в полость поры (рис. 1в–д). В субтегументе широкие одиночные дендриты с круглыми электронноплотными везикулами при подходе к базальной мембране тегумента разветвляются на несколько свободных окончаний, открывающихся в общую пору в дистальной цитоплазме.

Таким образом, у всех изученных видов чашевидные окончания имеют сходное строение и выделяют в ткани хозяина секреторные везикулы размером 100–120 нм по типу экзокринных желез. В отличие от сенсорных окончаний в тегументе изученных цестод, чашевидные окончания отличает малый диаметр, одно слабо развитое опорное кольцо, выделение секреторных везикул на поверхность тегумента. От протоков фронтальных желез их отличает ультраструктура терминалей без периферических микротрубочек, а так же секреторный материал в виде маленьких везикул.

  1. Ультраструктура нейросекреторных нейронов (рис. 1, б, е-з).

В области субтегумента и кортикальной паренхимы у всех изученных видов встречаются периферические нейросекреторные нейроны (НН). Тела НН имеют вытянутую неправильную форму с несколькими нейритами, заполненными круглыми электронноплотными нейросекреторными везикулами/гранулами (НСГ). Диаметр НСГ варьирует от 90 до 140 нм. Отростки НН не содержат митохондрий и периферических микротрубочек, в отличие от протоков фронтальных желез. В отличие от дендритов и аксонов нейронов ЦНС, цитоплазма нейросекреторных отростков (НСО) плотная, гранулированная, содержит рибосомы. У D. dendriticus число НСО в зоне субтегумента составляет 9–10 шт. на 500 мкм2.

Отростки НН часто проходят вдоль миофибрилл кольцевой и продольной мускулатуры покровов, иногда образуя зоны тесного сближения. В зоне контакта образуются небольшие варикозы, в которых, наряду с НСГ, встречаются скопления круглых светлых везикул. Выделение секреторного материала происходит паракриновым способом в межклеточное пространство рядом с миофибриллой. Пресинаптиптическое уплотнение и Т-образная складка мембраны, маркирующая синаптический контакт, отсутствуют.

Нами впервые обнаружено, что у всех изученных видов цестод отростки НН вступают в контакт с отростками клеток фронтальных желез, укрепленных периферическими микротрубочками. Диаметр НСГ в зоне контакта составляет в среднем 140–160 нм. У плероцеркоидов D. ditremus контакты НСО с терминалями фронтальных желез выявлены непосредственно в терминальной поре секреторного протока в тегументе (рис. 1, б). В зоне контакта диаметр НСГ варьирует от 90 до 130 нм. Таким образом, отростки НН могут проникать в дистальную цитоплазму тегумента вместе с протоками фронтальных желез и высвобождать нейроактивные вещества в ткани хозяина. Вместе с тем у P. phocarum, D. dendriticus, L. alternans мы наблюдали НСО, которые пронизывают тегумент и содержат электронноплотные везикулы (90 нм), высвобождая секрет в полость поры. Чашевидные окончания в тегументе этих цестод являются отростками нейросекреторных нейронов. Таким образом, часть периферических НН выделяет секрет наружу в организм хозяина, выступая в роли экзокринных желез.

  1. Эксперименты по изучению секреторной активности с использованием сыворотки крови хозяина.

Червей инкубировали в течение 3, 6, 12 и 24 ч. У D. dendriticus через 3 ч инкубации происходит истощение везикул в чашевидных окончаниях, уменьшение диаметра окончаний и увеличение диаметра гранул в НН. После 6 часов инкубации происходит увеличение секреции и числа окончаний в одной поре до 3–4 шт, после 12 ч инкубации наблюдаются признаки истощения и сужения чаши окончания, а после 24 ч инкубации наблюдаются деформации терминалей в тегументе. Таким образом, у D. dendriticus максимальную нейросекрецию наблюдали после 6 ч инкубации и истощение к 24 ч.

У L. alternans после 3 ч инкубации происходит усиление секреции с поверхности чашевидных окончаний, увеличение числа плотных везикул до 20 шт. в каждом окончании и числа НСО в зоне базальной пластинки и мускулатуры тегумента, где происходит высвобождение секрета паракриновым способом. После 6 ч инкубации продолжается интенсивная секреция везикул; увеличено число (4–5 шт.) и диаметр окончаний в поре. НСО многочисленны вблизи базальной пластинки и мышц тегумента, а базальная мембрана тегумента формирует многочисленные вакуоли, заполненные фибриллярным матриксом, которые перемещаются к апикальной мембране и выделяют содержимое наружу. После 24 ч инкубации диаметр окончаний уменьшается, но число НСО в зоне субтегумента и их наполненность гранулами увеличивается, при этом часть отростков направлена к базальной мембране. Таким образом, у L. alternans усиление секреции и числа НСО происходит, начиная с 3 ч инкубации, а адаптация к нагрузке – к 24 ч.

Свободные терминали без признаков цилиарного и корешкового аппарата описаны у некоторых видов цестод [6, 10–13]. У всех изученных видов они характеризуются вогнутой формой апикальной чаши с одним опорным кольцом, при этом, как следует из результатов настоящей работы, диаметр чаши в два и более раз меньше, чем у ресничных и безресничных сенсорных окончаний. Возникает вопрос, служат ли чашевидные свободные окончания в качестве чувствительных дендритов или связаны с нейросекрецией манипуляционных молекул в ткани хозяина? В сколексе разных видов цестод обнаружены две популяции НН, одна из которых связана с ЦНС, а другая с ПНС [8, 14–18]. Наши данные показали, что у пяти видов цестод НН, связанные с ПНС, имеют отростки, выделяющие секрет паракриновым способом в межклеточное пространство вблизи мембран мышечных клеток, клеток фронтальных желез, тегумента и на поверхность тегумента в ткани хозяина. Вопрос о наличии у цестод эндокринных желез является предметом дискуссии [15, 16]. По результатам нашего исследования, нейросекреторные нейроны ПНС цестод могут выполнять как функцию эндокринных желез, выделяя секрет в межклеточное пространство, так и функцию экзокринных желез, выделяющих секрет на поверхность тегумента. Увеличение секреции под воздействием сыворотки крови хозяина свидетельствует о важной экзосекреторной функции НН, которые представляют новый тип желез у цестод. Нейросекрет из свободных терминалей цестод, попадая в организм рыбы, может быть манипуляционным фактором, воздействующим на эндокринную систему позвоночного хозяина.

ИСТОЧНИКИ ФИНАНСИРОВАНИЯ

Исследования проведены при поддержке Российского научного фонда, грант 23-24-00118.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Информированное согласие было получено от всех участников исследования.

СОБЛЮДЕНИЕ ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ

Все применимые международные, национальные и/или институциональные принципы ухода и использования животных были соблюдены.

×

About the authors

N. M. Biserova

Lomonosov Moscow State University

Author for correspondence.
Email: nbiserova@yandex.ru
Russian Federation, Moscow

I. A. Kutyrev

Institute of General and Experimental Biology, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: nbiserova@yandex.ru
Russian Federation, Ulan-Ude

V. V. Malakhov

Lomonosov Moscow State University

Email: nbiserova@yandex.ru

Academician of the RAS

Russian Federation, Moscow

References

  1. Berger C. S., Laroche J., Maaroufi H., et al. The parasite Schistocephalus solidus secretes proteins with putative host manipulation functions // Parasites Vectors. 2021. V. 14. P. 436.
  2. Talarico M., Seifert F., Lange J., et al. Specific manipulation or systemic impairment? Behavioural changes of three-spined sticklebacks (Gasterosteus aculeatus) infected with the tapeworm Schistocephalus solidus // Behav. Ecol. Sociobiol. 2017. V. 71. P. 1–10.
  3. Kutyrev I. A., Biserova N. M., Mazur O. E., et al. Experimental study of ultrastructural mechanisms and kinetics of tegumental secretion in cestodes parasitizing fish (Cestoda: Diphyllobothriidea) // J. Fish Dis. 2021. V. 44 (8). P. 1237–1254.
  4. Kuperman B. I., Davydov V. G. The fine structure of frontal glands in adult Cestodes // Int. J. Parasitol. 1982. V. 12 (4). P. 285–293.
  5. McCullough J.S., Fairweather I. The fine structure and possible functions of scolex gland cells in Trilocularia acanthiaevulgaris (Cestoda, Tetraphyllidea) // Parasitol. Res. 1989. V. 75. P. 575–582.
  6. Brunanská M., Fagerholm H. P., Gustaffson M. K.S. Ultrastructure studies of Proteocephalus longicollis (Cestoda, Proteocephalidea): transmission electron microscopy of scolex glands // Parasitol. Res. 2000. V. 86. P. 717–723.
  7. Mustafina A. R., Biserova N. M. Pyramicocephalus phocarum (Cestoda: Diphyllobothriidea): the ultrastructure of the tegument, glands, and sensory organs // Invertebrate Zoology. 2017. V. 14 (2). P. 154–161.
  8. Biserova N. M., Mustafina A. R., Raikova O. I. The neuro-glandular brain of the Pyramicocephalus phocarum plerocercoid (Cestoda, Diphyllobothriidea): immunocytochemical and ultrastructural study // Zoology (Jena). 2022. V. 152. P. 1–17.
  9. Webb R.A, Davey K. G. Ciliated sensory receptors of the unactivated metacestode of Hymenolepis microstoma // Tissue and Cell. 1974. V. 6 (4). P. 587–598.
  10. Fairweather I., Threadgold L. T. Hymenolepis nana: the fine structure of the adult nervous system // Parasitology. 1983. V. 86 (1). P. 89–103.
  11. Okino T., Hatsushika R. Ultrastructure studies on the papillae and the nonciliated sensory receptors of adult Spirometra erinacei (Cestoda, Pseudophyllidea) // Parasitol. Res. 1994. V. 80. P. 454–458.
  12. Biserova N. M., Gordeev I. I., Korneva J. V. Where are the sensory organs of Nybelinia surmenicola (Trypanorhyncha)? A comparative analysis with Parachristianella sp. and other trypanorhynchean cestodes // Parasitol. Res. 2016. V. 115. P. 131–141.
  13. Kutyrev I. A., Biserova N. M., Olennikov D. N., et al. Prostaglandins E2 and D2-regulators of host immunity in the model parasite Diphyllobothrium dendriticum: An immunocytochemical and biochemical study // Mol. Biochem. Parasitol. 2017. V. 212. P. 33–45.
  14. Webb R. A. Evidence for neurosecretory cells in the cestode Hymenolepis microstoma // Can. J. Zool. 1977. V. 55 (10). P. 1726–1733.
  15. Specian R. D., Lumsden R. D., Ubelaker J. E., et al. A unicellular endocrine gland in cestodes // J. Parasitol. 1979. V. 65 (4). P. 569–578.
  16. Gustafsson M. K.S., Wikgren M. C. Release of neurosecretory material by protrusions of bounding membranes extending through the axolemma in Diphyllobothrium dendriticum (Cestoda) // Cell Tissue Res. 1981. V. 220. P. 473–479.
  17. Liu B., Wakuri H., Mutoh K., et al. Ultrastructural study of neurosecretory cells in the nervous system in the cestode (Taenia hydatigena) // Okajimas Folia Anat. Jpn. 1996. V. 73 (4). P. 195–204.
  18. Terenina N. B., Poddubnaya L. G., Tolstenkov O. O., et al. An immunocytochemical, histochemical and ultrastructural study of the nervous system of the tapeworm Cyathocephalus truncatus (Cestoda, Spathebothriidea) // Parasitol. Res. 2009. V. 104, P. 267–275.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Free terminals in the tegument and neurosecretory neurons (NN). a is a diagram of the structure of the ciliary and cup–shaped endings of neurons in the cestode tegument. b – scheme of exo- and endocrine secretion by peripheral NN: 1 – neuromuscular paracrine contact; 2 – exocrine secretion to the surface of the tegument; 3 – contact with the frontal glands of the paracrine type; 4 – secretion in the zone of the basal plate of the tegument. c, d, d – L. alternans: a group of cup-shaped endings (arrows) with secretory vesicles in the tegument (c, d) and a longitudinal section (e) of the neurosecretory terminal (NST) included in the tegument. e – P. phocarum: NST in contact with the tegmental process (T). g – D. dendriticus: paracrine contact of NST with muscles under the tegument (arrows); cv, light vesicles. z – P. phocarum: a neurosecretory neuron (NSN) in contact with the processes of the frontal glands (FG) and muscles (arrows).

Download (1MB)
Indexing metadata

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».