Gliális sejttípusok az idegrendszerben - MTA KOKI fileGliális sejttípusok az idegrendszerben * Schwann sejtek pericelluláris perinodális asztrociták * II. típusú asztrociták
Post on 01-Apr-2019
219 Views
Preview:
Transcript
idegsejtek
(neuronok) neuroglia erek falát és agyhártyákat alkotó sejtek
neuroektodermális eredet
(kivéve mikroglia) mezodermális eredet
Sejttípusok az idegrendszerben
általában: minden, ami nem
neuron...
asztroglia oligodendroglia mikroglia ependyma
neuronok neuroglia erek falát és agyhártyákat alkotó sejtek
neuroektodermális eredet
(kivéve mikroglia) mezodermális eredet
asztroglia oligodendroglia mikroglia ependyma
* asztrociták
* glia limitans sejtjei
* Bergmann glia
* radiális glia
perivaszkuláris
*ependymociták
*choroid plexus
hámsejtjei
* rezidens
mikroglia
*bevándorolt
makrofágok
* oligodendrociták
* szatellitasejtek
* NG2 sejtek
* olfactory nerve
ensheating
cells (ONEC)
* tanycita
* Müller glia
* Pituicita (hipofízis)
* corpus
pineale
sejtjei
* adenohipofízis
csillagsejtjei
* enterális
gliasejtek
Gliális sejttípusok az idegrendszerben
* Schwann sejtek
pericelluláris
perinodális asztrociták
* II. típusú asztrociták
periszinaptikus
GLIA: gyűjtőfogalom !!! “gliák”
Ia – pial tanycyte
Ib – vascular tanycyte
II – radial astrocyte (Bergmann glial cell)
III – marginal astrocyte
IV – protoplasmic astrocyte
V – velate astrocyte
Kettenmann and Ransom 2005 in Verkhratsky, Butt 2007
Asztroglia
VI – fibrous astrocyte
VII – perivascular astrocyte
VIII – interlaminar astrocyte
IX – immature astrocyte
X – ependymocyte
XI – choroid plexus cell
4 fő GFAP+ sejtcsoport a humán
agykéregben
1. 1. réteg: interlamináris asztrociták
sejttestjei, melyek nyúlványai a 2-4.
rétegbe nyúlnak pár mm mélyen;
tekervényes (tortuous) morfológia
2. Plazmás asztrociták, leggyakoribbak a
2-6. rétegben.
3. Polarizált asztrociták (varicose
projection astrocytes), csak emberben, az
4-6. rétegben, szétszórtan. Milliméteres,
varikozitásokkal teli nyúlványok.
4. Rostos asztrociták, fehérállományban.
Sárga vonalak: a klb. asztrocita
populációk előfordulási helyei. Scale =
150 μm.
Oberheim, Goldmann, Nedergaard 2012
GFAP = gliális fibrilláris savas protein, IF
Heterogeneity of astrocytic form and function.
Oberheim, Goldmann, Nedergaard 2012
3. Polarized astrocytes: varicose
projection astrocytes
GFAP MAP2 DAPI
1. Interlaminar astrocytes
varicose
tortuous
Asztrocita • Csillag alakúak
• A legnagyobb glia populáció a CNS-ben
• Fő markere mindmáig : GFAP (gliális fibrilláris
savas fehérje)
DE a GFAP expresszió
nagyon varábilis
Minden Bergmann-glia GFAP+, de a
kéregben és HC-ban az asztrocitáknak csak
~15-20 % - a GFAP+ (felnőttben) !!!
(4 kép: GFAP immunfestések
tenyésztett asztrocitákban)
GFAP: gliális fibrilláris savas fehérje
Hoechst: sejtmag
Asztrocita GFAP festés: az asztrocita
térfogatának csak kb. 15%-át
adja ki
GFAP/GFP in vivo GFAP/ezrin in vitro
Reichenbach 2010, Frotscher 2001
plazamembrán – aktin citoszkeleton
Asztrocita
Asztrocita „rostos”
asztrociták
fehérállományban
(Dr Szigeti Cs., SZTE ÁOK-TTIK Sejtbiológia és Molekuláris Medicina Tanszék - Golgi-impregnáció, rostos, protoplazmás asztrocita)
• Hosszú nyúlványok (akár 300 um)
• Kevésbé elágazó, mit plazmás asztro
• Perivaszkuláris, szubpiális végtalpakat
képeznek
• Perinodális kontaktusokat képeznek
neuronokkal
• Sűrűségük ∼200 000 cell per mm3.
Asztrocita
• Sok, rövidebb nyúlvány (kb. 50 um)
• Nagyon elágazó nyúlványrendszer
• Perivaszkuláris, szubpiális végtalpakat képeznek
• Neuronokkal sok kapcsolatuk van
• Sűrűségük cortexben ∼10 000 – 30 000 cell per mm3.
„plazmás”
asztrociták
szürkeállományban
Jeff Lichtman (Harvard University)
Asztrocita Bra
inbow
transgenic multicolor labeling strategy
called “Brainbow,”
• vér/agy gát (asztroglia-endotél)
• liquor/agy gát (asztroglia-ependima)
• glia limitans (asztroglia-pia mater)
GFAP: gliális fibrilláris savas fehérje (IF)
Hoechst Asztrocita
Huang 2006
Markerek Asztrocita
GFAP – glial fibrillary acidic protein
GLT-1(EAAT2) – glutamate transporter
GLAST(EAAT1) – glutamate transporter
GS – glutamin synth(et)ase
AQP4 – aquaporin4
GFAP/AQP4-GFP mouse cortex
Thrane 2010
Aquaporin 4 (asztro végtalp)
GS/GFAP/DAPI asztrociták in vitro
Glutamin synthase/GFAP
Glutamate + ATP + NH3 → Glutamine + ADP + phosphate
glutamát
uptake
S100b - Asztrocitában (nem mindben)
Schwann sejtben, radiális gliában
- Ca++ kötő fehérje
- több fehérje foszforilációját gátolja
- GFAP összeszerelődést is szabályozza
- MT összeszerelődést gátolja
- Asztrociták szekretálják is
- patológiás esetekben keringésbe is kijut:
esetleg diagnosztikában használható (screening)
for determination of CNS injury at the molecular
level before gross changes develop
The concept of brain specific proteins was
first proposed in 1965 (Moore, 1965).
These workers separated proteins from the
brain and liver of cattle, rabbits, rats and
monkeys. Three low molecular weight
acidic proteins were found consistently in
high concentrations in the brain fractions –
one of them was named S100 because it
was soluble in 100% ammonium sulphate.
S100 family: at least 21 S100 proteins
Sen, Belli 2007
S100b - Astrocyte Marker in Mouse HC Kipp, Abcam
Asztrocita
McDougal 2011
S100B readily labels the soma and the larger processes, whereas
GFAP labeling is predominantly seen in the processes
S100B-KO egér: agyi anatómia OK, DE LTP,
tanulás, memória romlik: HC neuronális
plaszticitás érintett !
FABP7 (BLBP)
Fatty acid binding protein 7 –
Brain lipid binding protein
hosszú szénláncú zsírsavak és
egyéb hidrofób ligandok kötése
Sharifi 2011
Felnőtt cortex FABP7+ sejtek
21%-a GFAP+ asztrocita,
62%-a NG2+ (oligo progenitor)
Asztrocita
Mori, Götz 2005
Reaktív asztrociták 3 nappal agyi lézió után, kéregben
Érdekes: FABP7 köti a legerősebben a FABP
család tagjai közül a DHA-t
Docosahexaenoic acid
omega-3 zsírsav
az agyi PUFA (polyunsaturated fatty acid) 40%-a
neuronális plazmamembrán fontos építőeleme
DHA hiányában: cognitive decline Érett asztro szubpopulációkban
ill. radiális gliában is
De asztro FABP7 agyi demielináció során is nő (MS!) Kipp 2011
Asztrocita
Sulforhodamine 101
McDougal 2011
asztrociták az
agytörzsben
(Texas Red is a sulfonyl
chloride derivative of SR101)
In vivo two-photon imaging of cortical
astrocytes at a 250 mm depth (P21 rat) 30
minutes after SRB (20 mg/kg) iv injection.
Sárga ill. piros nyilak: glikogén szemcsék
asztrocitákban: kicsi, kerek, sötét szemcsék
glikogén → glükóz
http://synapses.clm.utexas.edu/anatomy/astrocyte/glycogen.stm
Glycogen granules
http://captain-nitrogen.tumblr.com/post/13552129455/just-some-casual-energy-storage
Asztrocita
Marker: brain glycogen phosphorylase
DCX-immunolabeled neuron (NN)
with a labeled apical process (large
arrow) and an adjacent glial cell
(GC) with a watery cytoplasm.
ELMI, normál HC asztro.
*: gliális filamentum a
citoplazmában
• Sejtmag sima maghártya vastagnak tűnik
• Kromatin maghártyához tapad
• Nucleolus gyakran maghártyához közeli, excentrikus
(ezek jó elkülönítő jegyei asztronak ELMI szinten)
• Citoplazma üres (watery), organellum-szegény
• Jellegzetes filamentumkötegek (IF)
• Glikogénszemcsék
• Néhol kristályos testek:
„glioszómák”= Glial subcellular particles, izolálható, mint a szinaptoszóma
Baille 2005
Asztrocita
Shapiro 2005
Asztrocita
http://neurolex.org/wiki/Category:Astrocyte
Bundles of intermediate filaments
(arrows) are often found in in the
cytoplasm of astrocytes (arrows).
http://synapses.clm.utexas.edu/anatomy/astrocyte/filaments.stm
Szinapszisok közelében
Asztrocita
A, B : P-face
C: E-face
Furman CS 2003
Asztrocita végtalpak perivaszkuláris
végtalpai rendezett 4-6 nm-es
intramembrán partikulum (IMP)
sorokat tartalmaznak.
Ezek egyedi aquaporin4
tetramereknek felelnek meg.
Square arrays or ortogonal array of
particles, OAP.
Neuronális membránban ilyen
nincs.
Freeze fracture
P-face: protoplasmic
leaflets
E-face: extraplasmic
leaflets
Asztrocita
Connexin43 asztrocita rés-kapcsolatokban immunogold jelöléssel.
(A, B) Asztrocita gap junction a neuropilben (nyilak).
(C, D) Connexin43 asztrocita rés-kapcsolatokban a szürke (C) és
fehérállományban (D).
Nagy JI 1998
Current immunohistochemical markers for
mature astrocytes include, but are not limited
to, the following: A2B5, Aldh1L1, aldolase 3,
apolipoprotein E, aquaporin 4, brain glycogen
phosphorylase, connexin 30, cystatin C,
fibroblast growth factor receptor 3, gap-
junction channel protein 1-α, GFAP, GLAST,
glutamine synthetase, Niemann Pick type C1,
phospholipase A2 Group VII, S100β, and
vascular cell adhesion molecule 1 (Holash,
Harik et al. 1993; Patel, Suresh et al. 1999;
Eng, Ghirnikar et al. 2000; Pringle, Yu et al.
2003; Bachoo, Kim et al. 2004; Mori, Tanaka et
al. 2006; Slezak, Goritz et al. 2007).
Asztrocita
Aldh1L1 Aldh1L1 is a specific
pan-astrocyte marker aldehyde dehydrogenase 1 family,
member L1 gene, also known as 10-formyl-
tetrahydrofolate dehydrogenase (FDH)
Aldh1L1-EGFP
A, Aldh1L1 labels both cell bodies and processes of astrocytes in cortex
B, GFAP does not label the finer processes
C, GFAP labels a subset of astrocytes whereas
Aldh1L1 labels many astrocytes not labeled by GFAP
D–F, Aldh1L1 does not label neurons, OLs, or OPCs
G–I, Aldh1L1-EGFP transgenic mouse cortex
10-CHO-THF is important in purine biosynthesis
Affymetrix
2008, Ben Barres
hGFAP-MrgA1:GFP mice
These mice express a Gq-protein
coupled receptor (called Mas-related
gene A1, MrgA1) fused to GFP
selectively in GFAP-expressing cells
using the inducible tet-off system.
MrgA1, is normally expressed in
dorsal root ganglion nociceptive
sensory terminals in the spinal cord
where it is activated by RF amide
neuropeptides resulting
in Ca2+ release from internal stores.
Mice expressing the tetracycline
transactivator (tTA) under the hGFAP
promoter (hGFAP-tTA mice) were
crossed to mice in which the MrgA1
receptor was transcribed off the tet
(tetO) minimal promoter (tetO-
MrgA1). In the absence of
doxycycline, astrocytes express
MrgA1:GFP.
Lacar, Bordey 2010
Asztrocita Transzgenikus egerek
Fiacco 2007
Romano Asztro-specifikus reporterek
Inducible Cre-strains are coming
Asztrocita
mass spectrometry–based cell surface
capturing (CSC) technology to generate a
snapshot of the astrocyte cell surface
glycoproteome (using primary astro
cultures)
The functions of
the identified
cell surface
glycoproteins
were analyzed
using the
PANTHER
database
482 astrocyte cell surface–exposed glycoproteins
1. chemical labeling of oxidized cell surface polysaccharides
using the bi-functional linker molecule biocytin hydrazide
2. cell homogenization and protein digestion
3. affinity enrichment of biocytin hydrazide–labeled peptides
4. enzymatic peptide release
5. peptide analysis by tandem mass spectrometry (LC-MS/MS)
6. peptide or protein identification
neuronok neuroglia erek falát és agyhártyákat alkotó sejtek
neuroektodermális eredet
(kivéve mikroglia) mezodermális eredet
asztroglia oligodendroglia mikroglia ependyma
* asztrociták
* glia limitans sejtjei
* Bergmann glia
* radiális glia
perivaszkuláris
*ependymociták
*ependyma-
szervek sejtjei
*choroid plexus
hámsejtjei
* rezidens
mikroglia
*bevándorolt
makrofágok
* oligodendrociták
* szatellitasejtek
* NG2 sejtek
* olfactory nerve
ensheating
cells (ONEC)
* tanycita
* Müller glia
* Pituicita (hipofízis) * corpus
pineale
sejtjei
* adenohipofízis
csillagsejtjei
* enterális
gliasejtek
Gliális sejttípusok az idegrendszerben
* Schwann sejtek
pericelluláris
perinodális asztrociták
* II. típusú asztrociták
periszinaptikus
GLIA: gyűjtőfogalom !!! “gliák”
E8
E9
E8-9 egér
velőcső
htt
p:/
/ww
w.m
ed.u
nc.e
du/
em
bry
o_im
ages
* *
*
Neuroepitél sejtek
Radiális glia
pseudostratified epithelium
Cajal indítványozta elsőként, hogy a radiális rostok módosult asztrocita-
nyúlványok melyek a kéreg hisztogenezisét támogatják. Cajal elismerte Magini
munkáját, de kritizálta azokat a megfigyeléseit, melyek szerint a radiális rostok
mentén neuronok vannak.
Radiális glia
Az elektronmikroszkópia
felfedezésével a radiális glia
nyúlványok és a mellettük migráló
neuronok létezése
bebizonyosodott:
az 1970-es években, Pasko Rakic
munkássága nyomán.
(A) Magini’s drawing (1888) of a detail of the “radial filaments” as
seen with Golgi impregnation counterstained with hematoxylin; the
original Magini’s legend phrases: “S: Three spherical cells of the
cortical matter, with a large nucleus surrounded by a rim of
protoplasm, inserted on a filament.” (B) Cajal’s drawing (1911) of
radial glia; ”epithelial and neuroglial cells of the cerebral cortex;
rabbit of a few days of age, Golgi method; A, bodies of epithelial
cells; B, peripheral arborizations of these cells; b, bundles of white
matter; c, perpendicular or radial fibers; e, displaced epithelial
cells.. (C) Drawing of a Golgi-impregnated coronal section through the
brain of a 97-day monkey fetusby Rakic (1972).
Bentivoglio and Mazzarello 1999
Giovanni
Magini
1888
Cajal, 1911 Rakic, 1972
Golgi impregnált telencephalon,
97 napos majom fetus
MC: migrating cell; RF: radial fiber;
LV: lateral ventricle; CP: cortical plate
Radiális rostokra merőlegesen vágott
metszetek, 80 napos fetus
Rakic P. 1972, J. Comp. Neur. 145: 61-84
Radiális glia
Radiális glia
migráló
neuron
radiális rost
Rakic P. 1972, J. Comp. Neur. 145: 61-84
Radiális glia Elongált morfológia megmarad:
madarak, emlős kisagy (Bergman glia)
Noctor, Kriegstein et al 2001
Guerrier 2007
Interkinetikus magvándorlás !
Radiális glia
Rakic 1972-ben még nem ismerte fel, hogy az
idegsejtek a radiális gliasejtekből származnak.
Önálló neuronális ill. gliális progenitorok létét
feltételezte. A radiális glia őssejt jellegét később
írták le.
radiális
glia Újszülött NP !
asztrocita
perinatális periódus
(~E18-P10)
Radiális glia
Radiális glia osztódásai: VZ-ben
• vertikális, szimmetrikus
• vertikális, asszimmetrikus (önmegújító)
Intermedier progenitorok osztódásai: SVZ-ben
• horizontális, szimmetrikus
Interkinetikus
magvándorlás
ventrikuláris felszín
piális felszín
Radiális glia = multipotens őssejt !!
Neuroepiteliális
sejt
Radiális
glia Asztroglia
Neuron
Bizonyos epitél-sajátságok
downregulálódnak, pl.:
- tight junction kapcsoltság,
- egyes membránfehérjék
apikális/bazális transzportja
Asztroglia-sajátságok
megjelennek, pl.:
- glikogén-szemcsék
- GLAST, S100b,
vimentin, FABP7(BLBP),
- GFAP+ (főemlősök),
- GFAP- (rágcsálók GFAP+
P0-tól)
Götz, Huttner 2005
De egyes epitél-sajátságok
megmaradnak, pl.:
- nestin IF expresszió (RC2);
- apikális felszínek,
- centroszómák apikális lokalizációja,
- prominin-I expresszió,
- adherens junction-ok az apikális
felszínhez közel /itt PAR3, PAR6,
aPKC (PAR-komplex) expresszió/
- kapcsolat a bazális membránnal
- interkinetikus magvándorlás
/de már nem a teljes sejt hosszán/
Radiális gliává
való átalakulás:
a legtöbb
agyterületen:
E10-E12 körül
- Pax6
Elongált
morfológia
megmarad:
- madarak,
- emlős kisagy (Bergman glia)
Basal lamina
Őssejt
Radiális glia már
jobban elkötelezett
(„more fate-restricted”),
mint a neuroepiteliális sejtek.
Radiális glia
Ritka !
- az apikális (kamrai!!) plazmamembrán csak 1-2%-a a teljes membránnak
- a és c síkú osztódás tehát szimmetrikusan illetve asszimmetrikusan osztja a sejtet
Tis21 (BTG2) gén/fehérje expresszió (from
„off” to „on”) a neurogénné váló sejtekben
transcriptional cofactor
Emx2 transzkripciós faktor a
vertikális, szimmetrikus osztódást
támogatja
Pax6 transzkripciós faktor inkább az
asszimmetrikus, neurogén osztódást támogatja
Götz, Huttner 2005
- komplex szabályozás, pl:
Radiális glia
- apikális membrán érintkezik a velőcső üregével,
ahonnan az instruktív szignálok érkezhetnek
- két transzmembrán fehérje
Megalin
- LDL-receptor related protein
- mikrovillusok közti rések
membránjában
- megalin-hiányos embrióban
neuroepitél prolif. károsul
hiányos koleszterin uptake-hez
társulva
Prominin-I (CD133)
- membrán protrúziókon
- koleszterol-alapú
mikrodoménben
- részt vehet az apikális
membrán
asszimmetriájának
kialakításában (?)
apikális (kamra felé)
megalin
Götz, Huttner 2005, Costa, Götz 2008, Shackelford, Shaw 2009
PAR3, PAR6, aPKC.. (PAR-komplex) epitél polaritás szabályozás !!
- adherens junction közelében,
apikálisan
- proliferatív osztódásnál
szimm. öröklődik
- neurogén osztódásnál
asszimm.öröklődik
Liu, Godbout et al. 2010
Schmid 2006
FABP7 (BLBP)
Fatty acid binding protein 7
Brain lipid binding protein
- hosszú láncú PUFA-kat köt
(polyunsaturated fatty acids)
radiális glia alakjának
fenntartásában és neuronális
migrációban van szerepe
Radiális glia
- támogatja a neurális
őssejt/progenitor pool
proliferációját
- FABP7 -/- egerekben
drámaian csökken a
neurogenezis mértéke
E14 E18
BLBP-GFP vektor elektro-
porálva, majd 24h in vitro
fenntartva
(DHA: Docosahexaenoic
acid enriched in the
brain)
Radiális glia
GFAP
vimentin
nestin
(RC2 antigen)
Intermeder
filamentumok
Cerebellum, E17.5. A:
parasagittal section of the
cerebellar vermis. In
addition to neural cells,
the EGFP reporter is
strongly expressed in the
mesenchyme underlying
the CP. Hachem
2007
S100b
Tenascin-C
ECM
Nestin/BLBP
E14 rat spinal cord
http://www.anatsoc.org.uk/T.Clive.Lee
top related