Glutamát transzporterek asztrocitákban. EAA- Excitatory Amino Acid Transporter (EAAT) család. főleg asztroglia, de bizonyos neuronokon is

Átírás

1 Glia fiziológia Gliális neurotranszmitter transzporterek Glutamát transzporterek asztrocitákban EAA- Excitatory Amino Acid Transporter (EAAT) család GLAST (EAAT1) GLT1 (EAAT2) EAAC1 (EAAT3) EAAT4 EAAT5 asztroglia, radiális glián főleg asztroglia, de bizonyos neuronokon is érett neuronok Purkinje sejtek, GABA-erg interneuronok, retina retina bipoláris és fotoreceptor sejtjei [Glu] EC : 2-5 um (ez megnő persze neuron-tüzeléskor) [Glu] IC : 1-10 mm GLAST: Glutamate Aspartate Transporter GLT1: Glutamate Transporter 1 EAAC1: Excitatory Amino Acid Carrier 1 tehát Glu eltávolítás nagy koncentráció-gradienssel szemben kell, hogy történjen! ( uphill translocation)

2 Glia fiziológia Gliális neurotranszmitter transzporterek Glutamát transzporterek asztrocitákban be: 1 Glu-, 3 Na+, 1H+ ki: 1 K+ glia ionok koncentrációgradiensük szerint mozognak elektrogén a transzporter mert befelé irányuló áram van és deploarizáció: a benti + töltés tovább segíti a glutamát felvételét alacsony Na+ ic fenntartása kritikus a Glutamát uptake szempontjából!!!

3 Glia fiziológia Gliális neurotranszmitter transzporterek Glutamát transzporterek asztrocitákban Glutamát: sokféle ionmozgást okoz asztroban be: 1Glu- 3Na+, 1H+ AMPAR aktiváció: be: Na+ ki: K+ 1. Na+/K+ pumpa ki: Na+ be: K+ energiaigényes és lassabb 2. Na+/Ca++ exchanger (NCX) gyors megfordulása: ki: Na+ be: Ca++!!! eredmény: net Na+ influx Na+ ic ~5mM mm-ra nő ezt ellensúlyozza 1. és 2.

4 Glia fiziológia Gliális neurotranszmitter transzporterek Glutamát transzporterek asztrocitákban alacsony Na+ ic fenntartása kritikus a Glutamát uptake szempontjából!! glutamát transzport a Na+/K+ pumpa működése miatt energiagényes : 1 glu = 1.5 ATP ha asztro energiája kevés és Na+/K+ homeosztázis felborul asztro nem tud glutamátot eltávolítani sőt!!! ilyenkor a transzporter működése meg is fordulhat excitotoxicitás de NCX reverz módja javíthat a helyzeten! ki: Na+ be: Ca++ (asztrocitán relatíve magas denzitásban van NCX)

5 Glia fiziológia Gliális neurotranszmitter transzporterek GABA transzporterek asztrocitákban nem annyira fontosak asztroban mint glutamát-transzporterek, mert a GABA neuronális visszavétele sokkal nagyobb mértékű, mint glutamáté GABA transporter type 1 (GAT1) GABA transporter type 2 (GAT2) GABA transporter type 3 (GAT3) mindhárom van asztroban - HC, cortex asztroban főleg GAT3 - Bergmann gliában GAT1

6 Glia fiziológia Gliális neurotranszmitter transzporterek GABA transzporterek asztrocitákban glia be: 1 GABA és 2 Na+ Na+ elektrokémiai gradiense szerint - GABA A akitvációra neuronba Cl- influx és hiperpolarizáció - gliában GABA A akitváció: Cl - efflux és depolarizáció

7 Glia fiziológia Gliális neurotranszmitter transzporterek Glycin transzporterek asztrocitákban Glycin: - gátló neurotranszmitter főleg gerincvelőben, agytörzsben, retinában - ugyanakkor glutamát ko-agonistája NMDA receptorokon: serkentő NT GlyT1 transzporter: asztrocitákon főleg be: 1 glycin, 2Na+, 1 Cl- GlyT2 transzporter: neuronokon be: 1 glycin, 3Na+, 1 Cl- Eulenburg 2005 Gliális GlyT1 reverzál potenciálja nagyon közel van a nyugalmi membránpotenciáljához: kis depolarizációra könnyen megfordulhat: nem vezikuláris gly release

8 Glia fiziológia Gliális neurotranszmitter transzporterek Glycin transzporterek asztrocitákban glycinerg Eulenburg 2005 hiperpolarizáció Localization and proposed functions of GlyTs at excitatory and inhibitory synapses. At inhibitory synapses, glycine release from the presynaptic terminal activates postsynaptic GlyRs and thereby induces ClK influx hyperpolarization of the postsynaptic cell. At excitatory glutamatergic synapses, glycine acts as an essential co-agonist of postsynaptic NMDARs, whereas neighbouring glutamate receptors of the a-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic-acid receptor (AMPAR) subtype require only glutamate for channel activation. Here, glycine might be derived from neighbouring glycinergic terminals or even be released from astrocytes via non-vesicular mechanisms (e.g. reverse transport by GlyT1). GlyT2 is localized in the presynaptic plasma membrane of glycinergic neurons and transports glycine into the terminal, thereby enabling the refilling of synaptic vesicles with glycine by the HCdependent vesicular inhibitory amino acid transporter (VIAAT). GlyT1 is mainly expressed by glia cells surrounding both inhibitory and excitatory synapses. In addition, GlyT1 has been found on terminals of some excitatory neurons. Thus, GlyT1 mediates the clearance of glycine from the synaptic cleft of inhibitory synapses and, in addition, participates in the regulation of the glycine concentrations at excitatory synapses.

9 Glia fiziológia Gliális neurotranszmitter transzporterek Egyéb transzporterek asztrocitákban - sokféle más transzporter is lehet asztroban attól függ, milyen neuron szomszédja! dopamin transzporterek norepinephrine - transzporterek asztro monoamin-szint szabályozásban betöltött szerepe szerotonin transzporterek hisztamin transzporterek még elég kérdéses???? taurin transzporterek (forward-uptake vagy reverse-release) Taurine = 2-aminoethanesulfonic acid, nem ionos ozmolit, szerves sav DIDS: 4,4'- diisothiocyanostilbene-2,2'- disulfonic acid Taurine has many fundamental biological roles such as conjugation of bile acids, antioxidation, osmoregulation, membrane stabilization and modulation of calcium signaling. It is essential for cardiovascular function, and development and function of skeletal muscle, the retina and the central nervous system.

10 Ozmolitikumok ( osmolytes ): - elektrolitok, melyek magas koncentrációban vannak jelen a citoszolban és ec. térben: pl. Na +, K +, Cl - - kis szerves molekulák: aminosavak és származékaik (taurine, glutamate, glycine, GABA and N-acetylaspartate) - polyalkoholok (myoinositol, sorbitol) - aminok (glycerophosphoryl choline, betaine, creatine/p-creatine and phosphoethanolamine) Osmolalitás: szárazanyagkoncentráció / kg víz Osmolaritás: szárazanyagkoncentráció / l víz Osmotikus nyomás: szérum, emlős sejt: 300 mosm/kg (szűk határok, mosm/kg) Az agyban a legfontosabbak: - glutamate, myo-inositol, creatine, taurine és N-acetylaspartate - glutamate van a legnagyobb koncentrációban ezek között - taurine a rágcsáló agyban nagy koncentrációjú, de macska vagy emberi agyban szintje alacsonyabb (ezekben a fajokban a szintézise csak kismértékű)

11 Glia fiziológia Glia eredetű neuropeptidek - minden glia-típus képes termelésükre erősen régió-specifikusan és a fejlődés során változó módon - neuropeptid release: mechanizmus még elég tisztázatlan pl. asztro opioid termelése : osztódás és dendritnövekedés szab. pl. asztro ANP és angitoenzin termelése: agyi víz homeosztázis szabályozása pl. asztro VIP termelése: agyi mikrocirkuláció szab. pl. ONEC sejt NPY termelése: axonnövekedés szabályozása olf. bulbusba Verkhratsky Butt 2007

12 Glia fiziológia Glia eredetű növekedési faktorok Neurotophinok neuronális fejlődést, túlélést, funkcionálást támogatják NGF (nerve growth factor) BDNF (brain derived neurotrophic factor) NT-3, NT4 (neurotrophinok) Fiziológiás hatások neuronális differenciáció fejlődés növekedés migráció pathfinding szinaptogenezis szinaptikus remodelling Patológiás hatások neuronális regeneráció repair Főleg asztrociták termelnek sokféle növekedési faktort ODG kevesebbet de pl. netrin-1-et igen (ezt asztro nem expresszálja) axon pathfinding

13 Csatornák, receptorok Ioncsatornák Aquaporinok Neurotransz mitter/neuro modulátor receptorok Glutamát receptorok GABA receptorok Purinoreceptorok Endotelin receptorok Citokin és kemokin receptorok Komplement rendszer Glia fiziológia I. Kapcsoltság, Ca++ Kapcsoltság Glia szincícium/network Gap junctions Hemichannels Asztro network térbeli/időbeli szabályozása Gliális Ca++, Ca++ hullámok Gliotranszmisszió Gliotranszmitterek Nem vezikuláris release Vezikuláris release Transzporterek, egyéb glia eredetű faktorok Gliális neurotranszmitter transzporterek Glutamát transzporterek GABA transzporterek Glycin transzporterek Egyéb transzporterek Ozmolitikumok Glia eredetű neuropeptidek Glia eredetű növekedési faktorok

14 Glia fiziológia II. Agyi homeosztázis szabályozása Ion-homeosztázis az extracelluláris térben K+ spatial buffering Retina, K+ siphoning Extracellular space Cl - homeosztázis Ca++ homeosztázis ph szabályozás [Glu] ec szabályozása Ammónia [GABA] ec szabályozása Víz - homeosztázis szabályozása Swelling

15 AsztroGlia fiziológia Ion-homeosztázis az extracelluláris térben A fő ion-transzport rendszerek asztrocitákban 3.előadás ODC-nél tárgyaltuk

16 Please recall your memories on neuronal firing. in about 1865 the first recordings of the time course of the action potential were made.. (ideg-izom prepik)

17 AsztroGlia fiziológia Ion-homeosztázis az extracelluláris térben Intracelluláris K + ic: ~ mm Na + ic: <10 mm Ca ++ ic: <0,0001 mm Cl - ic: ~30-40 mm (glia) Cl - ic: ~2-10 mm (neuron) K + ec: ~2-2,5 mm Na + ec: ~130 mm Ca ++ ec: ~1.5-2 mm Cl - ec: ~100 mm Extracelluláris agyi környezet Neuronok: Na+, Ca++ influx: depolarizáció K+ efflux: repolarizáció EC térben relatíve alacsony a [K+], kicsi a térfogat - kis K+ release is nagy változást okoz Ha EC térben [K+] magas a K+ efflux lassul, repolarizáció nem tökéletes neuron depolarizált lesz, Na+ csatornák inaktiválódnak conduction block Neuron is! Na+/K+ATPáz Kloridkapcsolt K+ uptake Glia! K + ec -t el kell távolítani!! K+ spatial redistribution

18 AsztroGlia fiziológia 1960, Stephen William Kuffler K+ spatial buffering K + térbeli pufferelés - piócából asztrocitát izolál + K + - glia is elektromos választ ad -neuronális aktivitást glia érzékeli: 1966, Orkand RK, Nicholls JG, Kuffler SW Effect of nerve impulses on the membrane potential of glial cells in the central nervous system of Amphibia. J Neurophysiol 29: nervus opticus stimuláció a nem mielinált axonok körüli gliában lassú de- és repolarizáció később extracelluláris mező-potenciál mérések és aktivitás-függő [K+] ec mérések optikai imaging agyszeleteken (intrinsic optic signals (IOS), ec. tér zsugorodása/tágulása)

19 AsztroGlia fiziológia K+ spatial buffering -K+ ec általában, normál fiziológiai aktivitás esetén ritkán nő 0,2-0,4 mm-nál többel -K+ ec macska gerincvelőben a könyökízület ritmikus mozgatásakor (intenzív, de még fiziológiás neuronális aktivitás esetén) : mm ról mm -ra nő - ugyanakkor lokálisan, a szinapszisban és környékén ez a növekedés SOKKAL magasabb lehet: nagyon hatékony az eltávolítás mechanizmusa - epilepszia esetén ez az eltávolító-rendszer hibás lehet K+ dyshomeostasis: K+ ec =10-12 mm is lehet roham esetén - ischemia esetén K+ dyshomeostasis: K+ ec =50-60 mm ra is megnőhet Kofuji and Newman, 2004

20 1. K + feszültségfüggő csatornákon át távozik neuronból 2. normális esetben ennek nagy részét a sejt visszaveszi a 3Na/2K ATPáz ionpumpával 3. a többlet K+ -ot a glia veszi fel szintén a 3Na/2K ATPáz révén illetve elektrokémiai gradiens mentén K+ csatornákon (K ir ) át. Ekkor Cl- is kotranszportálódik, hogy fennmaradjon az ionegyensúly. Ezúton a lecsökkent ec Na+ is pótlódik. 4. a K+ többlet a réskapcsolatokon át szétterjed a glia-hálózatban 5. K + csatornákon át leadódik az intersticiális térbe (spatial buffering) vagy a perikapilláris térbe (siphoning) 6. a perikapilláris térből endotélsejtek a 3Na/2K ATPase pumpa segítségével felveszik és a kapillárisba üríthetik K+ spatial buffering

21 Gliasejtek szerepe a [K + ] ec homeosztázisban A gliasejtek membránpotenciálja kb. 90 mv ami a nagyon hasonló a K + ekvilibrium potenciálhoz. K+ spatial buffering A) Lokális K + uptake. Amikor a [K + ] ec nő, a gliasejtek K+-t akkumulálnak főleg Na/K ATPase (vagy K + /Cl - kotranszporterek) révén. A gliális Na/K pumpák 10-15mM [K + ] ec körül telítődnek (a neuronálisok már 3mM-nál). A lokális K + uptake eléggé limitált, mert az [K + ] ic növekedése víz influxot és duzzadást okoz. B) K + spatial buffering. Lokális [K + ] ec növekedés depolarizációt okoz, mely elektromos/kémiai gradienst képez az adott sejt és a szomszédos, kapcsolt asztociták között. Emiatt a K + diffúzióval tovaterjed a hálózaton belül. K + uptake: főleg K ir 4.1 K + csatornák: ezek bár inward rectifying csatornák megengedik a K + effluxot is: a K + leadása is ezeken át történik. A K ir csatornák konduktanciáját a K + ionok direkt regulálják: a konduktancia négyzetesen nő a [K + ] ec növekedésével.

22 AsztroGlia fiziológia K+ spatial buffering Orellana 2010 Role of astroglial gap junction communication in K + spatial buffering and the tripartite chemical synapse. Glutamate released from presynaptic neurons (1) binds to ionotropic glutamate receptors, triggering a postsynaptic potential in the postsynaptic neuron and promoting the K + release (2) during repolarization that is more prominent if action potentials are elicited (Box, enlarged in the right inset). Astrocytes surrounding the synapses take up glutamate (3) through EAAT1 and EAAT2 transporters. During high rates of neuronal activity, K + accumulates in the extracellular space, and then is taken up by astrocytes (4) through at least inwardly rectifying potassium channels and Na + /K + -pumps. K + that accumulates inside astrocytes diffuses to neighboring astrocytes (5a to 5b, follow arrows in astrocytes at the bottom) and oligodendrocytes (6) via gap junction channels, a process termed spatial buffering. Spatial buffering is contributed to by depolarization in regions of K + accumulation; the increased positivity causes a current to flow out through membrane that is less depolarized. This outward flow is carried by K +, which is also the major charge carrier in the cytoplasm. Similarly, glutamate taken up by astrocytes diffuses (7a to 7b, follow arrows in astrocytes at the top) to neighboring astrocytes through gap junction channels. The glutamate is metabolized to glutamine (8) by glutamine synthetase and released to the extracellular milieu from which it is taken up by neurons (9) (Box, enlarged in the left inset). In neurons, glutamine is transformed to the neurotransmitter, glutamate (or GABA) (10).

23 AsztroGlia fiziológia Extracellular space Régóta ismert: szinaptikus aktivitás az EC tér zsugorodásával is jár! pl.: Neuronális aktivitás akár 30% ec. tér zsugorodást okozhat glia duzzadás miatt! TMA mérések Kofuji,Newman 2004 intrinsic optical signal (IOS) időbeli lefutása neuronális stimuláció hatására agyszeletben piros:nő, kék: csökken ez ec. tér zsugorodásával - szélesedésével függ össze The IOS is a small change in the absorption (or reflection) of light that occurs in neuronal tissue when neurons are activated.

24 AsztroGlia fiziológia Extracellular space IOS IOS [K] o Intrinsic optikai szignál (IOS) intenzitása és az [K + ] ec valamint az ec tér térfogat- változásai közötti öszefüggés. A) IOS a neocortexben, 4 másodperccel a VI rétegbeli stimuláció (2s, 50Hz train) után. A görbék az [K + ] ec mutatják a különböző kérgi rétegekben. Maximum a IV. rétegben. A szaggatott vonal az alap [K + ] ec =3mM t mutatja, ez kb 10 mm-ra nő. Nyíl:stimuláció kezdete. B) IOS 4 másodperccel a stimuláció kezdete után. A görbék itt az ec tér térfogatváltozását (shrinkage!) mutatják a különböző kortikális rétegekben. Nyíl:stimuláció kezdete. Witte 2001 Nicholson, Eva Sykova 1998 EC térfogat csökkenése ec.térfogat mérések: (TMA+) tetramethylammonium diffúzió mérése TMA szelektív microelektóddal ec.tér

25 AsztroGlia fiziológia Extracellular space EC tér (ECS) (fixálás miatt zsugorodás) a=volume fraction, l=tortuosity (l tekervényesség, labirintus-faktor) D = diffúziós állandó vízben D*= diffúziós állandó ECS-ben quantum dot nanokristályok: ECS átlagos szélessége in vivo patkány cortexben: ~38-64 nm Diffúziót szabályozó tényezők az EC térben. a geometria b holt tér (átmeneti megrekedés) c akadály (intersticiális viszkozitás, mátrixmolekulák) d kikötődés falhoz, receptorhoz, mátrixhoz vagy uptake e - töltés Sykova, Nicholson 2008

26 AsztroGlia fiziológia Extracellular space ECS mérés módszerei Radiotracerek -kamrai injektálás, [3H]mannitol, [14C]- [3H]sucrose [14C]- [3H]inulin órás diffúzió, utána fixálás blokkok kimetszése, előhívása Real-time iontofophoresis technique (RTI) - iontoforetikus és ion-szelektív mikroelektródok (ISM) párosítása (lehet 2 pár is, x-y, x-z) - az elektródok kihúzva az agarban kontroll méréseket csinálnak - RTI-TMA: ha tetramethylammonium diffúziót mérünk Real-time pressure ejection technique (RTP) - kis térfogatok beinjektálása az agyszövetbe Sykova, Nicholson 2008

27 AsztroGlia fiziológia Extracellular space Integrative optical imaging (IOI) és RTI-TMA k = rate constant 0,012/second a TMA 1,2%-a szállítódik az adott útvonalon másodpercenként - fluoreszcens molekulák injektálása (pressure) - ÉS TMA iontoforézis ugyanazon a setup-on, szimultán! Pl. dopamin, serotonin stb. is alkalmas mérésre spec. elektródokkal Sykova, Nicholson 2008

28 AsztroGlia fiziológia IOI measurements in vivo Extracellular space 3 kda dextran Quatum dot Sykova, Nicholson 2008

29 AsztroGlia fiziológia Extracellular space Sykova, Nicholson 2008 Hypoxia: EC térfogat csökken (kisebb a)

30 normal disease Sykova, Nicholson 2008

31 AsztroGlia fiziológia Térbeli K+ pufferelés a gliasejtek nagy K+ permeabilitásától és a glia hálózattól függ K+ spatial buffering Inward rectifier kálium csatornák (Kir) nagy denzitásban és lokalizáltan a glián (pl Kir4.1) periszinaptikusan és perikapilláris területeken. AQP4 és Cx43 együttműködése: primer asztro tenyészet: AQP4 knockdown (sirns) Cx43 downregulációt okozott és a kapcsoltság csökkent (Nicchia 2005). K ir 4.1 és AQP4: kolokalizáció, ko-immunprecipitáció és molekuláris kölcsönhatások!! Szoros kapcsolat! Benfenati and Ferroni, 2010

32 AsztroGlia fiziológia K+ spatial buffering - epilepszia esetén a K+ eltávolítórendszer hibás lehet K+ dyshomeostasis: K+ ec =10-12 mm is lehet roham esetén Extracell [K+] mérése egy mérés - glia-specifikus Kir4.1 deléció - HC stratum radiatum szinaptikus aktiválás - ec. K+ konc. mérése ionszenzitív elektróddal - eredmény: ec. K+ eltávolítás késleltetett sok mérés

33 AsztroGlia fiziológia Retina, K+ siphoning IPL Retina szerkezete SRS subretinal space

34 AsztroGlia fiziológia SRS IPL Retina, K+ siphoning The cells of the retina and their response to a spot light flash. The photoreceptors are the rods and cones in which a negative receptor potential is elicited. This drives the bipolar cell to become either depolarized or hyperpolarized. The amacrine cell has a negative feedback effect. The ganglion cell fires an action pulse so that the resulting spike train is proportional to the light stimulus level. ELECTRORETINOGRAM

35 Pigment epitélium tartja alacsonyan itt a K + ec-t Retina, K+ siphoning ez a fotoreceptor stimuláció után a pigment epitélium hatása subretinal space IPL: legtöbb szinapszis itt van a retinán belül 1980 s, Eric Newman 1. K+ ürül az IPL (inner plexiform layer)-ből neuronális stimulációra 2. K+ bekerül a Müller gliába 3. K+ a Müller gliából főleg az erekbe és az üvegtestbe jut a végtalpakon keresztül 4. A fény által indukált ec. [K+] csökkenés a szubretinális térben K+ kiáramláshoz vezet a Müller gliából Newman 1996 K+ reservoir üvegtest Müller sejten belül a K+ konduktancia 94%-a ide koncentrálódik! K ir csatornák itt!

36 AsztroGlia fiziológia Cl - homeosztázis K + ic: ~ mm Na + ic: <10 mm Ca ++ ic: <0,0001 mm Cl - ic: ~30-40 mm (glia) Cl - ic: ~2-10 mm (neuron) K + ec: ~2-2,5 mm Na + ec: ~130 mm Ca ++ ec: ~1.5-2 mm Cl - ec: ~100 mm - anion-csatornák nyitásán át Cl - efflux gliából (pl. hipozmotikus stressz esetén) - vagy Na + /K + /2Cl - kotranszporter segítségével asztro akkumulálhat is kloridot Ca ++ homeosztázis - neuronális aktivitáskor neuron Ca ++ -t akkumulál, ekkor [Ca ++ ] ec leesik 1 mm alá - ha [Ca ++ ] ec alacsony, akkor neurotranszmisszió gátlódhat - ha [Ca ++ ] ec 0,5 mm alá esik gliális Ca ++ raktárból (ER, IP3) Ca ++ felszabadulás plazmamembrán Ca ++ pumpán vagy Na + /Ca ++ exchanger-en keresztül Ca ++ release [Ca ++ ] ec helyreáll - ischemia esetén [Ca ++ ] ec 0,01-0,1 mm is lehet

37 AsztroGlia fiziológia ph szabályozás - intracelluláris ph = neuronban, gliában is [H + ] ic = ~ nm - extracelluláris ph = [H + ] ec = ~50 nm - pontos EC ph szabályzás nagyon fontos! mert például: - ph = 7 alatt NMDAR működése gátlódik - savanyodás proton-szenzitív kation-csatornákat aktiválhat (ezek: ASIC=acid-sensitive ion channels) - neuronális működés CO 2 termeléssel jár ami H+ termeléssel jár CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 HCO 3 + H + - emelett a neuronok H+-t ürítenek is: szinaptikus vezikulák ph-ja = ezekkel a folyamatokkal részben a gliális bikarbonát és proton transzporterek tartanak egyensúlyt - Na+/HCO3- kotranszporter (NBC) fontos: mindkét irányban működhet!

38 AsztroGlia fiziológia [Glu] ec koncentráció szabályozása glutaminase [Glu] IC ~1-10 mm [Glu] IV ~100 mm [Glu] EC ~1uM glutamine synthase [Glu] IC ~50uM-1 mm Glu transzporterek glutamát-glutamin sönt Neuronális glutaminsav reciklizálása: glutamát-glutamin ciklus Siegel GJ, Agranoff BW, Albers RW, et al., editors. 1999

39 AsztroGlia fiziológia Serkentő (glutamaterg) szinapszis [Glu] ec koncentráció szabályozása GLNase Bak 2006 tricarboxylic acid cycle (TCA cycle; Krebs cycle; citric acid cycle)

40 - szabad ammónia keletkezik neuronban Ammónia - hiperammonémia veszélyes lehet (gliózis, ödéma, ischemiás encephalopátia, felborult Glu/Gln ciklus) - agy ammónia ürítésének fő útja: gliális GS révén gyártott Gln leadása a vérbe Akkumulált Gln ozmotikus hatása miatt asztro duzzadás SIRS: systemic inflammatory response syndrome

41 AsztroGlia fiziológia [Glu] ec koncentráció szabályozása -ha Gln [EC] olyan magas, hogy a neuronális Gln felvétel telített, akkor a gliális glutamin leadás gátlódik a system N transzport megfordulásával System N : gliális Gln leadás/felvétel ( Na+-glutamine symporter and a H+ antiporter, sodiumdependent, yet electroneutral Gln transzporterek System A transzporter: neuronális Gln felvétel ( concentrative, sodiumdependent and electrogenic ) System L : aminosav antiporter, Na+independent, gliális Gln ürítés és nem-neuroaktív aminosavakba (pl. Leu, Ala) csomagolt ammónia felvétele (aminosav shuttle) Gliában rel. kisebb jelentőségű transzporter. Bak LK. et al. 2006

42 AsztroGlia fiziológia Gátló (GABAerg) szinapszis [GABA] ec koncentráció szabályozása glutamate decarboxylase glutaminase Bak LK. et al GABA-erg neuronoknál fontosabb a re-uptake mint a szintézis - GABA-erg terminálisokban kisebb a Gln raktár - GLIA az idegi gátlást tudja kontrollálni ily módon!

43 AsztroGlia fiziológia Víz - homeosztázis szabályozása - agyi vízháztartás szabályozása neuropeptidek révén: vazopresszin (VP), ANP (atrial natriuretic peptide, atriopeptin), angiotenzinogén, angiotenzin Gliális vízmozgás: aquaporinok!! Vazopresszin - asztrocitákon V1 vazopresszin receptorok mediálta intracell Ca ++ release - víz-permeabilitás gliába nő ANP - VP hatás antagonizálása - ANP-t asztrok is termelik, szekretoros granulákba csomagolva Ca ++ függő módon ürítik Angiotenzin - előállítás angiotenzinogénből, ami főleg asztroban van: de angiotenzin inkább neuronális (előállítás/inkorporáció útvonala még:???) - asztrociták angiotenzin recetor II-t expresszálnak, aktivációjukra ic. Ca ++ raktár ürülés és pl. prostacyclin (eicosanoid) release - vazodilatáció e rendszer minden eleme szintetizálódhat az agyban is

44 AsztroGlia fiziológia Víz - homeosztázis szabályozása Asztrociták az extracelluláris ozmolaritást érzékelik: pl. hipozmotikus stressz (EC ozmolaritás ) asztro duzzadás RVD (agyi ödéma!) regulatory volume decrease : (szabályozott térfogatcsökkenés) ozmotikusan aktív anyagok kizárása a sejtből K+ Cl-, szerves aminok, glutamát, glutamin, glycin, taurine, GABA release astrocyte majd passzív víz efflux Súlyos esetben (hypoxiaischaemia, trauma): nagyfokú asztro-duzzadás (citotoxikus ödéma) és RVD gyengülése - megszűnése!

45 AsztroGlia fiziológia Swelling Víz - homeosztázis szabályozása moderate, transient swelling of astrocyte endfeet occurs at active synapses 1. végtalpakon K+, Na+ és Glu- uptake (Kir4.1, Na/Glu kotranszporterek, és valószínűleg egyéb?? kation csatornák): IC ozmolit-koncentráció nő 2. ozmotikus viszonyok által irányított víz influx (aquaporin, AQP4) és duzzadás (swelling) 3. volume sensing and osmotransduction nem teljesen feltárt eseménysorozat mely végső soron RVDhez (regulatory volume decrease) vezet: swelling-indukálta ic. Ca++ (ic. Ca++ raktár ürülés és kapacitatív Ca++ influx??trpv4?? csatornákon át) kíséri a jelenséget 4. RVD: ozmolitikum efflux: Cl-, taurin, excitatorikus aminosavak ürítése volume-regulated anion channel (VRAC) on keresztül és valószínűleg K+ efflux volume-sensitive (és Ca++ függő?) K+ csatornákon át 5. IC ozmolitikumok kiáramlását követően Ca++ szerepe e folyamatokban még erősen kérdéses víz efflux, térfogatcsökkenés (vannak változását cáfoló adatok is)! Egy csomó kináz is aktiválódik swelling esetén: sok még a??? Benfenati, Ferroni 2010 Gliális RVD ionos mechanizmusai is :????

46 Kir és AQP kolokalizáció, ko-immunprecitipáció, molekuláris együttműködés! AsztroGlia fiziológia Víz - homeosztázis szabályozása szinaptikus aktivitás glia duzzadás lokális ec. tér szűkülés hatékonyabb szignalizáció (neurotranszmitter koncentrációja nagyobb és a spillover kisebb) - periszinaptikus glia végtalp lokális duzzadása - távoli végtalpakon zsugorodás : sokszor kimérték, hogy neuronális aktivitásra hogyan változik EC tér a stimuláció helyén és attól távol IOS

47 AQP4 deletion in mice has little or no effect on development, survival, growth, and neuromuscular function, but produces a small defect in urinary concentrating ability consistent with its expression in the medullary collecting duct... Ma, 1997 Víz - homeosztázis szabályozása C: experimental design: AQP4 KO egerek -30% -20% D: Glt-1 EGFP egerek, Texas red hydrazide töltött szeletek A festéket szelektíven asztro veszi fel. (ez a sulforhodamine 101 (SR101) fixálható változata) E: 20% ozmolaritás csökkenés ( 20% Osm): WT sejttest jobban duzzad mint KO. Utána RVD mindkét esetben. Komolyabb ozmotikus stressz esetén ( 30% Osm) folyamatos a duzzadás, nincs RVD. AQP4-/- egerek: jelentősen csökkent agyi ödéma víz intoxikáció esetén! Thrane 2010 PNAS

48 AsztroGlia fiziológia Dextran: elágazó poliszacharid, sok glükózból Víz - homeosztázis szabályozása Ca ++ szint változások asztroban 30 perccel i.p. víz injekció után (200 ml/kg desztvíz, kb 4 ml/egér). In vivo 2 foton imaging! Rhod2: Ca ++ mérés/asztro Glt-1 EGFP. FITC-dextran: erek kirajzolása. Asztro sejttesten és perikapilláris végtalpon a legintenzívebb és legtartósabb a Ca ++ jel. Tenyésztett asztro ATP release ozmotikus sokkban nagyobb (WT only!) P2 purinrec. blokkkolása is csökkenti az ozmotikus stresszre Ca ++ jellel válaszoló asztrok számát. Thrane 2010

49 AsztroGlia fiziológia Víz - homeosztázis szabályozása 3D confocal morfometria hgfap-gfp egerek, hipozmotikus körülmények