Gliális sejttípusok az idegrendszerben

Átírás

1 Photo: NIH, retina (szöveg kép alatt) This image shows a sample of tissue from the light-sensitive retina in the back of the eye, as seen through a microscope. The green cells around the red blood vessels are called microglia. The blood vessels and microglia overlap in the yellow areas. Both the microglia and blood vessels are surrounded by retinal nerve cells that are not seen in this picture. Microglia are an important part of the immune system in the retina. They survey the retina for signs of disease and cell damage by constantly moving their long, arm-like extensions back and forth in the space around blood vessels and nerve cells. Mikroglia

2 Gliális sejttípusok az idegrendszerben neuroektodermális eredet (kivéve mikroglia) mezodermális eredet neuronok neuroglia erek falát és agyhártyákat alkotó sejtek asztroglia oligodendroglia mikroglia ependyma asztrociták II. típusú asztrociták radiális glia glia limitans sejtjei oligodendrociták szatellitasejtek NG2 sejtek olfactory nerve ensheating cells (ONEC) rezidens mikroglia bevándorolt makrofágok ependymociták ependymaszervek sejtjei choroid plexus hámsejtjei Bergmann glia Schwann sejtek perivaszkuláris asztrociták periszinaptikus asztrociták pericelluláris asztrociták perinodális asztrociták pituicita tanyciták Müller glia corpus pineale sejtjei adenohipofízis csillagsejtjei enterális gliasejtek David, Kroner 2011

3 A MIKROGLIA felfedezése 1921, Pio del Rio-Hortega, Cajal tanítványa volt. Bevezette az ezüst karbonátos festést, ami szelektíve jelölte az oligodendrocitákat, melyeket 1928-ban osztályozott. Ő vezette be a mikroglia fogalmát is, eredetileg szemétgyűjtő ( garbage collecting ) sejteknek nevezve őket. Kimutatta,hogy a mikroglia születés után jut az idegrendszerbe és reagál a sérülésekre , Spanish physician, histologist, anatomist microglia Río-Hortega rajzai. Different morphological types of microglial cells in the rabbit Ammon's horn. Verkhratsky A, Parpura V, Rodríguez JJ Evolution of microglia during its phagocytic activity. A, cell with thick, rough prolongations; B, cells with short prolongations and enlarged cell body; C, hypertrophic cell with pseudopodia; D-E, amoeboid and pseudopodic forms; F, cell with phagocytosed leukocyte; G, cell with numerous phagocytosed erythrocytes; H, fat-granule cell; I, cell in mitotic division. [Photomicrographs by Rio-Hortega, 1932] Kettennmann 2011

4 Mikroglia mikroglia retinában axon terminális dendrit és dendrittüske asztrocita mikroglia

5 Mikroglia eredete PU.1 KO: unable to develop myeloid and lymphoid cells: nincs mikroglia sem! Relationship of microglia to myeloid-lineage cells. a) Molecular relationships between different primary mouse haematopoietic lineage cells - based on gene expression as determined by genome-wide microarray analysis. Microglia are most closely related to bone marrow-derived and thioglycollate-elicited macrophages, and more distantly related to other haematopoietic and non-haematopoietic cell types. Microarray data for cluster analysis were taken from the BioGPS data set from the Genomics Institute of the Novartis Research Foundation (see the BioGPS website). b) Developmental relationship between microglia and macrophages. Microglia are derived from primitive haematopoiesis in the fetal yolk sac and take up residence in the brain during early fetal development. Microglia differentiation and proliferation requires colony-stimulating factor 1 (CSF1), the CSF1 receptor (CSF1R), CD34 and the transcription factor PU.1. By contrast, at least some tissue macrophages are derived from haematopoietic stem cells in the bone marrow (definitive haematopoiesis). Macrophage differentiation and proliferation requires CSF1, CSF1R and the transcription factors PU.1, CCAAT/enhancer-binding proteins (C/EBPs) and activator protein 1 (AP1). E8.5, embryonic day 8.5. CD = cluster of differentiation Saijo, Glass 2011

6 Mikroglia aktiváció nyugvó resting aktivált (Bal) GFP+ mikroglia neuronok között, P12 kéreg - szeletkultúra, highly ramified, resting mikroglia (Jobb) GFP+ -mikroglia HC szeletkultúrában, P6 egér, aktivált mikroglia nagy sejttest, rövid nyúlványok Stence 2001

7 klasszikusan aktivált proinflammatorikus M1 potentially neurotoxic nyugvó mikroglia alternatívan aktivált antiinflammatorikus M2 potentially neuroprotective Mikroglia A plasticity model proposes that cells of the phagocyte lineage are sensitive to the precise nature of the stimulus, its intensity, the time for which it is present and many other factors. Therefore, in different pathological states, activated microglia might synthesize a range of different cytokines. The profiles in different forms of injury and disease that are shown are: a model of excitotoxicity (acute neuronal injury) (Ba), intracerebral lipopolysaccharide (LPS) challenge, experimental allergic encephalomyelitis (EAE), prion disease, and Wallerian degeneration. It is important to note that these different states are not fixed or immutable, but can be switched between one state and another by a further stimulus. COX2, cyclooxygenase-2; IL, interleukin; TGF1, transforming growth factor-1; TNF, tumour-necrosis factor. Perry 2007

8 Mikroglia nyugvó mikroglia ramified nyúlványos, nyugvó fenotípus részben neuronális szignálok (pl CX3Cchemokine ligand 1 (CX3CL1), CD47, CD200 and CD22) tartják fent ezt az állapotot mikro megfelelő receptorain át alternatívan aktivált, M2 croglia.htm Saijo, Glass 2011 pl. glioma sejtek olyan faktorokat termelhetnek, melyek az M2 mikroglia fenotípust támogatják: transforming growth factor-β (TGFβ), interleukin-4 (IL-4), IL-6 and IL-10

9 Mikroglia klasszikusan aktivált, M1 öröklött Hua, Walz 2006 szerzett Mikroglia pattern recognition receptorokat (PRRs) expresszál: ezek klb. baci és vírus pathogenassociated molecular pattern (PAMPS) mintázatokat ismernek fel. PRR-mediált szignalizáció klb. anyagok szintéziséhez vezetnek: antimikrobiális peptidek (such as cathelicidin-related antimicrobial peptide (CRAMP)), cytokines (such as tumour necrosis factor (TNF) and interleukin-1β (IL-1β)), chemokines (such as CC-chemokine ligand 2 (CCL2)), reactive oxygen species (ROS) and nitric oxide (NO). MHC II upreguláció is, T sejtek számára antigén-prezentáció. Mikrogliális pro-inflammatorikus citokineken (pl. IL-12) keresztül T helper 1 (TH1) cells, vagy IL-23, IL-6, IL-1β, TGFb révén TH 17 differenciációt/aktivációt indukál. Saijo, Glass 2011

10 Mikro/makrofág lineage David, Kroner 2011

11 Macrophage (microglia) activation states Th1 responses Microbicidal activity Cytotoxicity, Tissue injury MHC-II B7 inos Il-1, Il-6 Il-12, Il-23 TNFa +APC Wound healing Tissue repair Th2 responses Anti-inflammatory activity Macrophages can follow different activation processes depending on the microenvironment. MHC-II CD68 inos Il-12 TNFa arginase Il-10 -APC MHC-II CD68 inos Il-12 TNFa Il-10 ++APC Gea-Sorli, Closi. World J Gastrointest Pharmacol Ther. 1(5): ,

12 Mikroglia makrofág populációk idegrendszerben CD: cluster of differentiation, nomenklatúra 1982 David, Kroner 2011

13 Mikroglia - markerek (csak néhány...) CD11b: integrin alpha M (ITGAM) = macrophage-1 antigen (Mac-1) or complement receptor 3 (CR3) CD45: protein tyrosine phosphatase, receptor type, C (PTPRC), leukocyte common antigen: hematopoietikus sejteken CD163: egyik scavenger receptor (SCRC) család tagja, haptoglobin-hemoglobin (Hp-Hb) receptor CD204: scavenger receptor (tüdő szilikon-indukált apoptózis) IBA-1: IC Ca++ kötő fehérje Isolectin B4: griffonia (=bandeiraea) simplicifolia isolectin B4 (griffonia, afrikai kúszócserje) lektinek: cukor-kötő fehérjék, de nem glikoproteinek!

14 Mikroglia - markerek (csak néhány...) ED1: CD68: macrosialin; acidic, highly glycosylated lysosomal glycoproteins (LGPs) család tagja, pl. lizoszomális membránokat védi hidrolázoktól vakuolizált mikroglia látóidegben CD206: mannose receptor 2 (C type lectin) Rezaie, Lantos 2000 CD86: antigén-prezentáló sejteken expresszálódó fehérje, T sejt aktivációhoz szükség ko-stimuláció szignálokért felel CD32: sejtfelszíni antigén, hfcrii (Fc-gamma R2), IgG Fc részének leggyakoribb receptora CD16: low affinity Fc receptor, hfcriii (Fc-gamma R3) Arginase 1: (Arg1) citoplazmatikus enzim, májban nitrogén eliminációban van szerepe (arginine hidrolízis ureává és ornithin-né); míg klasszikusan aktivált makrofágokban inos termeli NO-t, addig, alternatívan aktivált makrofágokban az Arg1 csökkenti, nitrogén hozzáférhetőséget szabályozva

15 Mikroglia Mikroglia migrációt irányító faktorok ATP - kemoattraktáns - P2Y12 itt is kell - P2X4 is ADP - P2Y12/13 Adenozin - CD39 KO mikroglia migrációját ATP nem stimulálja, - de adenozin igen - migrációhoz adenozin KELL Kemokinek (chemokines; chemotactic cytokines) - sérült neuron CCL21 kemokint termel, mikro számára kemoattraktáns - mikroglián ez több 10 percig tartó Clkonduktanciát okoz, kemotaxis Cl- csatorna gátlókkal blokkolható - CX3CR1 (CX3CL1 receptor) mikrogliális: van szerepe nyúlványmotilitásban, migrációban is - SDF1a (stromal derived factor 1) és mikroglális CXCR4 receptora Glutamát, dopamin, epinephrine - szintén kemoattraktánsok lehetnek - MCP-1: ezt maga az aktivált mikro termeli, tovább fokozza mikroglia akkumulációt aktiváció helyén cannabinoidok LPA (lysophosphatic acid) morfin bradykinin NGF, HGF b-amyloid

16 Chemokines összesen két Cys van bennük: egy az N-terminálisnál, a másik távolabb két Cys egymás mellett egy aminosav van közöttük három aminosav van közöttük: fractalkine (ez az egyetlen ilyen típusú citokin) A család 4 csoportjának elnevezése: az első (N terminálishoz közeli) két Cystein milyen távolságra van egymástól. CX3CR1: receptor CX3CL1: ligand

17 Mikroglia Szerepei egészséges agyban: - számon felüli szinapszisok eliminálása/fagocitózisa posztantális fejlődés során első két posztnatális hét: szinaptogenezis és remodelling (több kontaktus alakul ki, mint ami megmarad; synaptic pruning éretlen és nem kellő szinapszisok eliminálódása) - apoptotizáló újszülött neuronok eltávolítása felnőtt agy neurogén zónáiban - mikroglia-szinapszis kapcsolatok: 2 foton mikroszkópia: mikroglia átlagosan óránként egyszer, kb 5 percre kontaktusba kerül axon terminálisokkal és dendrittüskékkel - ha csökken a neuronális aktivitás, csökken a mikrogliális kontaktusok száma - ischaemia alatt a kontaktus hosszú (120 min) lesz - sérüléseknél mikroglia is részt vesz a synaptic stripping - ben (preszin. és posztszin neuron szeparálása glia-nyúlványokkal) Tremblay 2011

18 Mikroglia - neuronális aktivitás regulációja a tripartite+mikroglia szinapszisoknál: mikrogliális ATP release asztrogliális Glu release amplifikációja - neuronhálózatok mikroglia általi reorganizációja: 1 hétig vizuális ingerektől megfosztották egereket szinaptikus gyengülés : mikroglia nyúlványok érintkezése zsugorodó dendrittüskékkel gyakoribb lett és fagocitózis jelei gyakoribbak - mikroglia eloszlás: agyterületenként változó de nagyon egyenletes - a nyugvó mikroglia nagyon dinamikus sejt egészséges agyban is!! Jung 2000 Tremblay 2011 Jinno 2007

19 Mikroglia Nyugvó (resting) mikroglia : rendkívül dinamikus in vivo in vivo two photon Supplementary Movie S1. Typical motility of resident microglial cells in the intact mouse brain. Each frame is a maximum-intensity projection from stacks of fluorescence images recorded every 45 s ( um below the pia; 2 μm axial spacing). (Image width, 150 μm; rate, 13 fps) Nimmerjahn 2005

20 Mikroglia Supplementary Movie S2. Typical microglial cell motility in the resting state imaged through the thinned skull (individual cell). Each image is an overlay of two maximumintensity projection images, recorded at t0 = 0 min and ti = (t0 + i) min. 1 min sampling interval; μm below the pia; 1 um steps). Green and red colors thus indicate new formation and deletion of microglial processes over time, respectively. (Image width, 51 μm; rate, 7 fps) Supplementary Movie S3. High-resolution time-lapse series showing that microglial cells continually and repeatedly sample the brain parenchyma with highly motile protrusions. Individual images are maximumintensity projections through stacks of fluorescence images recorded every 15 s with 2-μm axial spacing through the thinned skull. (Image width, 22 μm; rate, 13 fps) in vivo two photon Nimmerjahn 2005

21 Mikroglia Peripheral nerve transection experiment. Coronal section through contralateral control and operated (facial nerve nuclei of axotomized CX3CR11/GFP mouse day 7 after axotomy. NeuN/CX3CR11/GFP Jung S., Littman DR. et al MCB (11):

22 Mikroglia motilitás kétféle mozgási aktivitás sejttest transzlokációja nélküli nyúlványmotilitás ATP hatásra azonnali nyúlvány-extenzió (apiráz (ATP to AMP+P) gátolja) : P2Y12 rec. - P2Y12 KO: jelentősen kisebb nyúlvány-extenzió - P2Y12 : nyugvó állapotban expressziója robusztusabb, aktivációra csökken fejlődés migráció sérülés (lézió, stoke, ND) - migráció már 24 órán belül egyértelmű - csúcs 3 napnál um/min - nem kollektív, irányított migráció hanem random walk!! (?)

23 Mikroglia

24 Mikroglia Ohsawa, Kohsaka 2011

25 microglial activation is amplified and prolonged in the aged brain compared to adults

26 Mikroglia

27 in vitro culture

28 in vitro culture

29 in vitro, culture

30 in vitro organotypic slice culture

31 in vitro culture