بافتشناسی و روشهای مطالعه آن
آنچه در لام دیده میشود نتیجه یک زنجیره فنی است؛ بنابراین شناخت روش تهیه، رنگآمیزی، نوع میکروسکوپ و آرتیفکتها برای تفسیر درست ساختمان بافت ضروری است.
بافت، سلول و ماتریکس خارج سلولی
بافتشناسی چه چیزی را بررسی میکند؟
بافتشناسی ارتباط میان ساختمان میکروسکوپی و عملکرد را مطالعه میکند. هر بافت از دو جزء وابسته به هم ساخته شده است: سلولها و ماتریکس خارج سلولی (ECM). ماتریکس فقط یک داربست غیرفعال نیست؛ آب و مواد محلول را نگه میدارد، به سلول پیام میدهد و از راه گیرندههایی مانند اینتگرینها به اسکلت سلولی متصل میشود.
نکته امتحانی
شکل، قطبیت، تعداد اندامکها و مقدار ماتریکس در هر بافت باید با کار اصلی آن تطبیق داده شود؛ در بافتشناسی، «ساختمان» تقریباً همیشه سرنخی از «عملکرد» است.
آمادهسازی بافت، برشگیری و رنگآمیزی
| مرحله یا ماده | کار اصلی | نکته مهم |
|---|---|---|
| فرمالین بافرشده | تثبیت معمول برای میکروسکوپ نوری | از محلول غلیظ فرمالدهید تهیه میشود و پروتئینها را پایدار میکند. |
| گلوتارآلدئید | تثبیت قویتر پروتئینها | برای حفظ فراساختار در میکروسکوپ الکترونی مناسب است. |
| تتراکسید اسمیم | حفظ و تیرهکردن لیپیدهای غشایی | پستثبیت رایج در میکروسکوپ الکترونی |
| پارافین | قالب معمول میکروسکوپ نوری | برشهای چند میکرومتری ایجاد میشود. |
| رزین اپوکسی | قالب سخت برای برشهای بسیار نازک | برای TEM و بررسی فراساختار |
| کرایواستات | برش سریع بافت منجمد | در تشخیص حین جراحی و حفظ چربیها یا فعالیت آنزیمی مفید است. |
| رنگ یا واکنش | اجزای برجسته | ظاهر معمول |
|---|---|---|
| هماتوکسیلین | هسته، RNA ریبوزومی و مواد اسیدی | آبی تا بنفش؛ اجزای بازوفیل |
| ائوزین | پروتئینهای سیتوپلاسم، کلاژن و گلبول قرمز | صورتی تا قرمز؛ اجزای اسیدوفیل |
| PAS | گلیکوژن، غشای پایه و گلیکوپروتئینها | ارغوانی |
| رنگآمیزی سهرنگ | تفکیک کلاژن از عضله و سیتوپلاسم | رنگهای متضاد بر اساس روش |
| روشهای نقره | رشتههای رتیکولر و برخی عناصر عصبی | قهوهای تیره یا سیاه |
کاربرد بالینی: برش منجمد
هنگامی که جراح در همان حین عمل به پاسخ پاتولوژی نیاز دارد، نمونه سریع منجمد و با کرایواستات برش داده میشود. کیفیت آن از بلوک پارافینی کمتر است، اما پاسخ فوری درباره حاشیه تومور یا ماهیت ضایعه میدهد.
میکروسکوپ نوری، فلورسانس، کانفوکال و الکترونی
| روش | بهترین کاربرد | ویژگی اصلی |
|---|---|---|
| میدان روشن | لامهای رنگشده معمول | تصویر دوبعدی با نور عبوری |
| فازکنتراست | سلول زنده و بدون رنگ | اختلاف فاز نور را به اختلاف روشنایی تبدیل میکند. |
| فلورسانس | مولکولهای نشاندار و آنتیبادی فلورسنت | حساسیت بالا و انتخابپذیری مولکولی |
| کانفوکال | برش نوری و بازسازی سهبعدی | حذف نور خارج از کانون |
| قطبی | ساختارهای دوشکستی مانند کلاژن و کریستالها | تغییر جهت نور قطبی در مواد منظم |
| TEM | فراساختار درون سلول | قدرت تفکیک بسیار بالا در برش نازک |
| SEM | سطح سلول و بافت | نمای برجسته و سهبعدینما از سطح |
بزرگنمایی با قدرت تفکیک فرق دارد
بزرگنمایی فقط تصویر را بزرگتر میکند؛ قدرت تفکیک توانایی جدا دیدن دو نقطه نزدیک است. افزایش بزرگنمایی بدون افزایش قدرت تفکیک، «بزرگنمایی بیفایده» ایجاد میکند.
هیستوشیمی، ایمونوهیستوشیمی، هیبریداسیون و برش دوبعدی
| روش | هدف | مثال کاربردی |
|---|---|---|
| هیستوشیمی آنزیمی | نمایش فعالیت آنزیم در محل | فسفاتازها و آنزیمهای اکسیداتیو در بافت منجمد |
| ایمونوهیستوشیمی | شناسایی پروتئین با آنتیبادی | تعیین منشأ تومور با کراتین، ویمنتین یا نشانگر اختصاصی |
| هیبریداسیون درجا | شناسایی توالی DNA یا RNA | بررسی بیان ژن یا ژنوم ویروسی |
| FISH | پروب فلورسنت برای کروموزوم یا ژن | جابجاییها، حذفها و افزایش تعداد نسخه ژن |
| اتورادیوگرافی | ردیابی پیشساز نشاندار رادیواکتیو | بررسی محل ساخت DNA، RNA یا پروتئین |
آرتیفکت را با ساختار واقعی اشتباه نکن
جمعشدگی، پارگی، چروک برش، رسوب رنگ، حلشدن چربی و جهت نامناسب برش ممکن است تصویری بسازند که در بافت زنده وجود نداشته است. تفسیر درست به مقایسه چند میدان و شناخت روش آمادهسازی نیاز دارد.
سیتوپلاسم؛ غشا، اندامکها و اسکلت سلولی
ترکیب اندامکها و آرایش اسکلت سلولی، هویت عملکردی سلول را آشکار میکند: سلول ترشحی با RER و گلژی فراوان، سلول استروئیدساز با SER و میتوکندری ویژه، و سلول متحرک با اکتین و میکروتوبول سازمانیافته شناخته میشود.
تمایز سلولی و ساختمان غشای پلاسمایی
تمایز سلولی
تقریباً همه سلولهای بدن ژنوم یکسانی دارند، اما مجموعه متفاوتی از ژنها را بیان میکنند. همین انتخاب ژنی باعث تفاوت در شکل، مقدار اندامکها، پروتئینهای اختصاصی و وظیفه سلول میشود.
| جزء غشا | نقش اصلی |
|---|---|
| فسفولیپید | سد دولایه با بخش آبدوست و آبگریز |
| کلسترول | تنظیم سیالیت و نفوذپذیری غشا |
| گلیکولیپید و گلیکوپروتئین | تشکیل گلیکوکالیکس، شناسایی و چسبندگی سلولی |
| پروتئین یکپارچه | کانال، ناقل، گیرنده، آنزیم یا مولکول چسبندگی |
| پروتئین محیطی | اتصال به اسکلت سلولی یا مسیرهای پیامرسانی |
| اینتگرین | پیوند دوطرفه ECM با اسکلت سلولی و انتقال نیرو و پیام |
عدم تقارن غشا
دو نیمه دولایه ترکیب یکسانی ندارند. زنجیرههای قندی فقط در سطح خارج سلول یا سطح داخلی اندامکهای مسیر ترشحی قرار میگیرند.
انتقال غشایی، اندوسیتوز، اگزوسیتوز و گیرندهها
| مکانیسم | جهت و انرژی | مثال |
|---|---|---|
| انتشار ساده | در جهت شیب؛ بدون ATP | O₂، CO₂ و مولکولهای چربیدوست |
| انتشار تسهیلشده | در جهت شیب؛ با کانال یا ناقل | کانال یونی و ناقل گلوکز |
| انتقال فعال اولیه | خلاف شیب؛ مصرف مستقیم ATP | پمپ Na⁺/K⁺-ATPase |
| انتقال فعال ثانویه | استفاده از شیب یونی ساختهشده | همانتقال سدیم ـ گلوکز |
| فاگوسیتوز | بلع ذرات بزرگ | ماکروفاژ و نوتروفیل |
| پینوسیتوز | برداشت مایع و مواد محلول | فعال در بسیاری سلولها |
| اندوسیتوز وابسته به گیرنده | برداشت انتخابی و اشباعپذیر | ورود LDL |
پیوند بالینی: گیرنده LDL
نقص گیرنده LDL یا اختلال در برداشت وابسته به گیرنده، کلسترول خون را بالا میبرد و آترواسکلروز زودرس ایجاد میکند. این مثال نشان میدهد آسیب یک پروتئین غشایی چگونه به بیماری سیستمیک میانجامد.
ریبوزوم، شبکه آندوپلاسمی زبر و صاف
| محل ساخت پروتئین | مقصد معمول |
|---|---|
| ریبوزوم آزاد | سیتوزول، هسته، میتوکندری و پراکسیزوم |
| ریبوزوم متصل به RER | ترشح خارج سلول، غشای سلولی، گلژی، لیزوزوم و مسیر اندوممبران |
شبکه آندوپلاسمی زبر (RER)
ورود همزمان پلیپپتید به لومن، تاخوردگی، ایجاد پیوند دیسولفید، آغاز گلیکوزیلاسیون و کنترل کیفیت پروتئین را انجام میدهد. فراوانی آن باعث بازوفیلی سیتوپلاسم میشود.
شبکه آندوپلاسمی صاف (SER)
در ساخت لیپید و هورمون استروئیدی، سمزدایی، متابولیسم گلیکوژن و ذخیره کلسیم نقش دارد. در عضله، شکل تخصصیافته آن شبکه سارکوپلاسمی است.
ارتباط شکل با عملکرد
سلول پلاسما و سلول آسینی پانکراس RER فراوان دارند؛ سلول قشر فوقکلیه و سلول لیدیگ برای ساخت استروئید، SER و میتوکندری ویژه فراوان دارند.
دستگاه گلژی و مسیر ترشحی
| بخش | وظیفه |
|---|---|
| شبکه cis گلژی | دریافت وزیکول از RER و بازیابی پروتئینهای شبکه |
| سیسترنهای میانی | اصلاح زنجیرههای قندی و پردازش پروتئین |
| شبکه trans گلژی | مرتبسازی برای غشا، ترشح تنظیمی یا لیزوزوم |
| مانوز-۶-فسفات | برچسب هدایت آنزیمهای لیزوزومی |
| وزیکول ترشحی | ذخیره محصول تا دریافت پیام اگزوسیتوز |
دو مسیر ترشح
در ترشح پیوسته، وزیکولها بدون نیاز به پیام خاص با غشا ادغام میشوند. در ترشح تنظیمشده، محصول در گرانول متراکم میشود و با افزایش کلسیم آزاد میگردد؛ مانند هورمونها و آنزیمهای گوارشی.
پیوند بالینی: اختلال نشانهگذاری لیزوزومی
اگر آنزیمهای لیزوزومی برچسب مانوز-۶-فسفات نگیرند، بهجای ورود به لیزوزوم ترشح میشوند و مواد هضمنشده در سلول تجمع مییابد.
لیزوزوم، پروتئازوم و اتوفاژی
| سامانه | چه چیزی را تجزیه میکند؟ | مکانیسم |
|---|---|---|
| لیزوزوم | مواد واردشده از خارج، غشا و اندامک فرسوده | هیدرولازهای اسیدی در pH پایین |
| پروتئازوم | پروتئینهای سیتوزولی کوتاهعمر، معیوب یا تنظیمی | نشانهگذاری با یوبیکویتین و تجزیه وابسته به ATP |
| اتوفاژی | بخشهایی از سیتوپلاسم و اندامکها | تشکیل اتوفاگوزوم و ادغام با لیزوزوم |
| هتروفاژی | مواد خارج سلول | اندوسیتوز یا فاگوسیتوز و اتصال به لیزوزوم |
آنزیم لیزوزومی در سیتوزول فعال نیست
بیشتر هیدرولازها در محیط اسیدی لیزوزوم بهترین عملکرد را دارند. این ویژگی از سیتوزول محافظت میکند؛ بااینحال پارگی گسترده لیزوزوم میتواند آسیب سلولی ایجاد کند.
بیماری ذخیرهای لیزوزومی
نبود یک هیدرولاز اختصاصی باعث تجمع سوبسترای همان آنزیم میشود. نوع ماده تجمعیافته و سلولهای درگیر، تابلوی بالینی بیماری را تعیین میکنند.
میتوکندری و پراکسیزوم
| ویژگی | میتوکندری | پراکسیزوم |
|---|---|---|
| غشا | دو غشا؛ غشای داخلی دارای کریستا | یک غشا |
| ژنوم | DNA حلقوی و ریبوزوم اختصاصی | فاقد DNA و ریبوزوم |
| کار اصلی | فسفریلاسیون اکسیداتیو و تولید ATP | اکسیداسیون اسیدهای چرب بسیار بلند و سمزدایی H₂O₂ |
| سایر نقشها | آپوپتوز، تنظیم کلسیم و تولید گرما | ساخت پلاسمالوژن و بعضی لیپیدها |
| ورود پروتئین | اغلب از سیتوزول با توالی هدفگیری | از سیتوزول با سیگنال پراکسیزومی |
کریستا با نیاز انرژی هماهنگ است
هرچه مصرف ATP بیشتر باشد، تعداد و سطح کریستاها بیشتر است؛ سلول عضلانی قلب و سلول ناقل فعال یون نمونههای برجستهاند.
وراثت میتوکندریایی و بیماری پراکسیزومی
DNA میتوکندری عمدتاً از مادر به ارث میرسد. اختلال ساخت یا ورود پروتئین به پراکسیزوم نیز میتواند بیماریهای شدید چنداندامی، همراه تجمع اسیدهای چرب بسیار بلند ایجاد کند.
اسکلت سلولی: میکروتوبول، اکتین و فلامان حدواسط
| جزء | قطر تقریبی | پروتئین | کارهای مهم |
|---|---|---|---|
| میکروتوبول | ۲۵ نانومتر | توبولین α و β | دوک میتوز، مژک، انتقال وزیکول و حفظ قطبیت |
| میکروفیلامان | ۶ نانومتر | اکتین | انقباض، حرکت سلول، میکروویلی و حلقه سیتوکینز |
| فلامان حدواسط | ۱۰ نانومتر | کراتین، ویمنتین، دسمین، GFAP، نوروفیلامان و لامین | مقاومت مکانیکی و پایداری ساختمان |
موتورهای مولکولی
کینزین معمولاً بار را به سوی انتهای مثبت میکروتوبول و داینئین به سوی انتهای منفی و مرکز سلول میبرد. میوزینها موتور وابسته به اکتیناند.
نشانگرهای توموری
نوع فلامان حدواسط اغلب پس از سرطانیشدن حفظ میشود: کراتین به نفع منشأ اپیتلیال، ویمنتین به نفع مزانشیمی، دسمین عضلانی و GFAP گلیال است.
انکلوزیونها و خواندن الگوی سیتوپلاسم
| انکلوزیون | ماهیت | نمونه بافتی |
|---|---|---|
| گلیکوژن | ذخیره کربوهیدرات؛ بدون غشای محدودکننده | کبد و عضله |
| قطره چربی | تریگلیسرید یا کلسترول استری | آدیپوسیت و سلول استروئیدساز |
| ملانین | رنگدانه ساختهشده در ملانوزوم | پوست و چشم |
| لیپوفوسین | بقایای غیرقابلهضم لیزوزومی؛ رنگدانه فرسودگی | نورون و کاردیومیوسیت سالمند |
| هموسیدرین | ذخیره آهن | ماکروفاژ و بافت پس از خونریزی |
نقشه تشخیص عملکرد از ظاهر سلول
RER فراوان = ساخت پروتئین ترشحی؛ SER و میتوکندری با کریستای لولهای = ساخت استروئید؛ لیزوزوم فراوان = فاگوسیتوز؛ اکتین فراوان = انقباض یا حرکت؛ میکروویلی = جذب؛ گرانول متراکم = ترشح تنظیمشده.
هسته؛ سازمان ژنوم، تقسیم و مرگ برنامهریزیشده
ظاهر هسته بازتاب مستقیم فعالیت سلول است: هسته روشن و یوکروماتیک با هستک برجسته نشانه رونویسی و ساخت پروتئین زیاد، و هسته کوچک و تیره نشانه تراکم کروماتین و فعالیت کمتر است.
پوشش هسته، لامینا و منافذ هستهای
| جزء | ساختمان و کار |
|---|---|
| غشای خارجی | پیوسته با RER و ممکن است ریبوزوم داشته باشد. |
| فضای پیرامون هسته | فاصله میان دو غشا و پیوسته با لومن RER |
| غشای داخلی | متصل به لامینا و پروتئینهای سازماندهنده کروماتین |
| لامینای هستهای | شبکه لامینها؛ حفظ شکل هسته و سازمان کروماتین |
| مجموعه منفذ هستهای | ساختهشده از نوکلئوپورینها با تقارن هشتتایی |
| ایمپورتین و اکسپورتین | شناسایی توالی ورود و خروج هستهای و انتقال وابسته به Ran-GTP |
تجزیه پوشش هسته در میتوز
فسفریلاسیون لامینها در آغاز میتوز باعث بازشدن شبکه لامینا و فروپاشی پوشش هسته میشود؛ در پایان میتوز با دفسفریلاسیون، پوشش دوباره تشکیل میگردد.
کروماتین، نوکلئوزوم، کروموزوم و هستک
| ساختار | ویژگی | معنا در میکروسکوپ |
|---|---|---|
| یوکروماتین | بازتر و معمولاً فعال در رونویسی | روشنتر و پراکنده |
| هتروکروماتین سازنده | همیشه متراکم؛ نواحی تکراری مانند سانترومر | تیره و پایدار |
| هتروکروماتین اختیاری | قابل فعال یا خاموششدن | مثال: جسم بار |
| هستک | رونویسی rRNA و مونتاژ زیرواحد ریبوزوم | بازوفیل و بدون غشای محدودکننده |
| کروموزوم متافازی | بیشترین تراکم کروماتین | مناسب شمارش و کاریوتیپ |
جسم بار
یکی از کروموزومهای X در سلولهای پیکری زن بهصورت هتروکروماتین اختیاری غیرفعال میشود و میتواند به شکل تودهای نزدیک پوشش هسته دیده شود.
کاربرد کاریوتیپ و FISH
کاریوتیپ برای تغییر تعداد یا ساختمان کروموزومها مناسب است؛ FISH تغییرات کوچکتر یا ژنهای مشخص را سریعتر آشکار میکند.
چرخه سلولی، سیکلینها و نقاط وارسی
| فاز | رویداد اصلی |
|---|---|
| G1 | رشد، ساخت RNA و پروتئین و تصمیم برای ورود به تکثیر |
| S | همانندسازی DNA و ساخت هیستون |
| G2 | کنترل پایان همانندسازی و آمادهسازی میتوز |
| M | میتوز و سیتوکینز |
| G0 | خروج موقت یا پایدار از چرخه در سلول تمایزیافته |
سیکلین و CDK
مقدار سیکلینها در چرخه بالا و پایین میرود. اتصال سیکلین به کیناز وابسته به سیکلین (CDK)، پروتئینهای لازم برای عبور از هر مرحله را فسفریله میکند.
نقطه وارسی و سرطان
پروتئینهایی مانند p53 و Rb از تکثیر DNA آسیبدیده جلوگیری میکنند. از دسترفتن این ترمزها، بیثباتی ژنومی و رشد کنترلنشده را تسهیل میکند.
میتوز، سلول بنیادی و میوز
| مرحله میتوز | رویداد شاخص |
|---|---|
| پروفاز | تراکم کروموزوم و تشکیل دوک |
| پرومتافاز | فروپاشی پوشش هسته و اتصال میکروتوبول به کینهتوکور |
| متافاز | آرایش کروموزومها در صفحه استوایی |
| آنافاز | جدایی کروماتیدهای خواهری و حرکت به قطبها |
| تلوفاز | تشکیل دوباره پوشش هسته و بازشدن کروماتین |
| سیتوکینز | حلقه اکتین ـ میوزین سیتوپلاسم را تقسیم میکند. |
سلول بنیادی
ظرفیت خودنوزایی دارد و همزمان سلول متعهد به تمایز تولید میکند. سلولهای پیشساز یا تقویتشونده گذرا چند دور سریع تقسیم میشوند و سپس تمایز مییابند.
میوز
یک بار همانندسازی DNA و دو تقسیم دارد. در پروفاز I، کروموزومهای همولوگ سیناپس و نوترکیبی میکنند؛ میوز I همولوگها و میوز II کروماتیدهای خواهری را جدا میکند.
دام پرتکرار
کراسینگاور و سیناپس ویژگی پروفاز I میوز است و در میتوز رخ نمیدهد. خطای جدایش کروموزومها میتواند گامت آنیوپلوئید تولید کند.
آپوپتوز و تفاوت آن با نکروز
| ویژگی | آپوپتوز | نکروز |
|---|---|---|
| ماهیت | مرگ برنامهریزیشده و وابسته به انرژی | مرگ ناشی از آسیب شدید و کنترلنشده |
| حجم سلول | کاهش و چروکیدگی | تورم سلول و اندامک |
| غشای سلولی | تا مراحل پایانی حفظ میشود. | زودتر پاره میشود. |
| DNA | برش منظم با اندونوکلئاز | تجزیه نامنظم |
| التهاب | اندک یا بدون التهاب | معمولاً التهاب واضح |
| سرنوشت بقایا | اجسام آپوپتوتیک و فاگوسیتوز سریع | نشت محتویات به بافت |
مسیر درونی
خانواده Bcl-2 نفوذپذیری میتوکندری را تنظیم میکند. آزادشدن سیتوکروم c، کاسپازهای آغازگر و سپس کاسپازهای اجرایی را فعال میکند و پروتئینهای سلولی و DNA بهصورت کنترلشده تجزیه میشوند.
اهمیت بالینی
کاهش آپوپتوز میتواند بقای سلول سرطانی یا خودواکنشگر را افزایش دهد؛ افزایش بیش از حد آن در تحلیل عصبی و آسیب ایسکمیک نقش دارد. در تکامل جنینی نیز حذف سلولهای میان انگشتان وابسته به آپوپتوز است.
مرور نهایی سه فصل
جمعبندی یکخطی
روش مشاهده تعیین میکند چه چیزی در بافت دیده شود؛ ترکیب اندامکها عملکرد سیتوپلاسم را نشان میدهد؛ و وضعیت کروماتین، چرخه سلولی و مسیرهای مرگ، فعالیت و سرنوشت سلول را مشخص میکنند.
منبع این خلاصه
سه فصل نخست بافتشناسی جان کوئیرا: «بافتشناسی و روشهای مطالعه»، «سیتوپلاسم» و «هسته»، صفحات ۱ تا ۱۷۱ فایل ارسالی.