Regenerace smyslových orgánů u raků

MSc. Golara KOR

Disertační práce

Sensory organ regeneration in crayfish

Abstract:

Anteny jsou u raků důležitým smyslovým orgánem, které mají zásadní roli na jejich přežití, komunikaci a orientaci v prostředí. Jsou vybaveny smyslovými chloupky, které umožňují rakům detekovat různé podněty. Raci mají jedinečnou schopnost regenerovat své anteny. Hemocyty jsou specializované buňky raků a hrají klíčovou roli v jejich imunitním systému a podílejí se na procesu regenerace. Ke studiu morfologie a regenerace smyslových orgánů u raků jsme použili kryo-skenování a transmisní elektronové mikroskopy. V kapitole 2 byla kryo-skenovací elektronová mikroskopie použita k identifikaci potenciálních rozdílů v morfologii anten u šesti různých druhů raků, zahrnujících raka mramorovaného Procambarus virginalis, raka mexického Cambarellus patzcuarensis), raka červeného (Procambarus clarkii), raka signálního (Pacifastacus leniusculus), raka ničivého (Cherax destructor) a raka pruhovaného (Faxonius limosus). Zjistili jsme významné rozdíly mezi šesti druhy raků v poměru délky anteny, délky a šířky segmentu k délce krunýře a počtu segmentů. Zkoumání ultrastrukturálních rysů odhalilo rozdíly ve vzorcích distribuce smyslových chloupků podél anten a morfologii povrchu anten. Rozdílná morfologie anten mezi studovanými druhy pravděpodobně ukazuje na přizpůsobení se specifickým podmínkám jejich příslušných stanovišť. Výsledky dále ukázaly, že kombinace morfologických charakteristik anten nám může pomoci rozlišit různé studované druhy raků. V kapitole 3 bylo pomocí transmisní elektronové mikroskopie zkoumáno ultrastrukturální chování hemocytů během koagulace a fagocytózy v počátečních fázích poranění u raka mramorovaného. Během koagulačního procesu prodělaly hemocyty výrazné transformace v morfologii. Cytoplazmatická granula vykazovala změnu z elektronově hustých na elektronově prostupné formy s postupem koagulace. Bylo pozorováno, že transformované granule obsahují amorfní, pro eletrony prostupný materiál navzájem spojený a uvolňující svůj obsah do extracelulárního prostoru jako součást koagulačního procesu. Kromě toho bylo pozorováno, že obsah jádra také hraje roli během procesu koagulace. Navíc amputace nohy vedla k silné svalové degeneraci a fagocytující hemocyty začaly pohlcovat nekrotické tkáně. Kromě toho jsme pozorovali natrávené zbytky z fagocytovaných nekrotických tkání sloučených do granulí a dalších buněčných složek, čímž se zvýšila granularita hemocytů a změnila se jejich buněčná morfologie. Je však nutno poznamenat, že degranulace hemocytů během koagulace by mohla potenciálně snížit jejich granularitu. Vzhledem k tomu, že morfologické vlastnosti jsou pro klasifikaci hemocytů zcela zásadní, musí být tyto morfologické změny během koagulace a fagocytózy považovány za významné faktory. Degenerovaný materiál uložený uvnitř fagocytárních hemocytů může mít uplatnění v imunologických a regeneračních procesech. V kapitole 4 jsme použili transmisní elektronovou mikroskopii, abychom prozkoumali ultrastrukturální aspekty potenciálního zapojení imunitních buněk do regenerace nervů po amputaci anten raků. Zjištění ukázala, že během regenerace nervů byly přítomny všechny tři formy hemocytů. Nicméně granule v semigranulocytech a granulocytech přispěly především ke vzniku nových organel, jako jsou mitochondrie, Golgiho aparát a nervová vlákna v regenerovaných nervech račích anten. Odhalili jsme transformaci granulí hemocytů na různé organely během procesu regenerace nervů na ultrastrukturální úrovni. Závěrem lze říci, že tyto granule fungují jako kompaktní úložiště adaptabilních materiálů nesených imunitními buňkami, schopných transformace na různé organely během regenerace nervů v račích anten.

Abstract:

The antennae are a crucial sensory organ in crayfish that plays vital roles in their survival, communication, and orientation within their environment. They are equipped with sensory hairs that enable crayfish to detect various stimuli. Crayfish possess the unique ability to regenerate their antennae. Hemocytes are specialized cells within crayfish and play a crucial role in their immune system and contribute to the process of regeneration. We applied cryo-scanning and Transmission electron microscopies to study sensory organ morphology and regeneration in crayfish. In Chapter 2, cryo-scanning electron microscopy was used to identify potential differences in antennal morphology in six different crayfish species including marbled crayfish Procambarus virginalis, Mexican dwarf crayfish Cambarellus patzcuarensis, red swamp crayfish Procambarus clarkii, signal crayfish Pacifastacus leniusculus, common yabby Cherax destructor, and spiny-cheek crayfish Faxonius limosus. We observed significant differences among the six crayfish species in the ratios of antenna length, segment length and width to carapace length, and the number of segments. Examination of ultrastructural features unveiled differences in the distribution patterns of sensory hairs along the antenna and the morphology of the antennal surface. The varying morphology of antennae among studied species possibly indicates an adaptation to the specific conditions of their respective habitats. Furthermore, the outcomes demonstrated that a combination of variations in both antennal morphological characteristics and biometric measurements could effectively help us to distinguish the different studied crayfish species. In Chapter 3, the ultrastructural behaviour of hemocytes during coagulation and phagocytosis in the initial phases of injury in marbled crayfish was explored using transmission electron microscopy. During the coagulation process, hemocytes experienced marked transformations in morphology. The cytoplasmic granules exhibited a change from electron-dense to electron-lucent forms with the progress of coagulation. The transformed granules containing amorphous, electron-lucent material were observed to combine and release their contents into the extracellular space as part of the coagulation process. Additionally, it was observed that the nucleus contents also play a role in the coagulation process. Furthermore, the amputation of the leg led to substantial muscle degeneration, and phagocytic hemocytes start to take up the necrotic tissues. Besides, we observed the digested remains from phagocytized necrotic tissues merged into granules and other cellular components, thereby enhancing the granularity of the hemocytes and altering their cellular morphology. However, it is essential to note that hemocyte degranulation during coagulation could potentially reduce their granularity. Since morphological features are critical for classifying hemocytes, these morphological changes during coagulation and phagocytosis must be considered significant factors. The degenerated material that stored inside phagocytic hemocytes may have application in immunological and regeneration processes. In Chapter 4, we employed transmission electron microscopy to explore the ultrastructural aspects of potential immune cell involvement in nerve regeneration within crayfish antennae post-amputation. The findings indicated that, during nerve regeneration, all three forms of hemocytes were present. However, the granules within semi-granulocytes and granulocytes mainly contributed to the generation of new organelles such as mitochondria, the Golgi apparatus, and nerve fibers in the regenerated nerves of crayfish antennae. We revealed the transformation of granules of hemocytes into diverse organelles during the process of nerve regeneration at the ultrastructural level. In conclusion, these granules function as compact repositories of adaptable materials carried by immune cells, capable of transformatio

Keywords

Anteny, Elektronová mikroskopie, Hemocyt, Imunitní systém, Regenerace

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 3. 4. 2024

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: MSc. Hamid Niksirat Hashjin, Ph.D.

JIHOČESKÁ UNIVERZITA V ČESKÝCH BUDĚJOVICÍCH

Fakulta rybářství a ochrany vod

Doktorský studijní program / obor:
Protection of Aquatic Ecosystems / Protection of Aquatic Ecosystems