Gliális sejttípusok az idegrendszerben - MTA KOKI fileGliális sejttípusok az idegrendszerben * Schwann sejtek pericelluláris perinodális asztrociták * II. típusú asztrociták

Gliális sejttípusok az idegrendszerben

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”

Verkhratsky, Butt 2012

NG2 itt már önálló kategória

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

Asztrocita hGFAP-GFP GFAP

Hoechst - sejtmag

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

hGFAP-GFP Asztrocita

Jeff Lichtman (Harvard University)

Asztrocita Bra

inbow

transgenic multicolor labeling strategy

called “Brainbow,”

Jeff Lichtman (Harvard University)

Asztrocita Bra

inbow

• 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

ALDH1L1-eGFP riporter törzs felhasználása 2008 óta:

14 cikk (2014)

17cikk (2015)

27 cikk (2016)

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