Gliális sejttípusok az idegrendszerben

Átírás

1 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 * Bergmann glia * oligodendrociták * szatellitasejtek * NG2 sejtek * olfactory nerve ensheating cells (ONEC) * rezidens mikroglia bevándorolt makrofágok *ependymociták *ependymaszervek sejtjei *choroid plexus hámsejtjei * Müller glia * Schwann sejtek * pituicita * tanycita * glia limitans sejtjei * corpus pineale gliasejtjei *adenohipofízis csillagsejtjei * enterális gliasejtek pericelluláris perinodális asztrociták GLIA: gyűjtőfogalom!!! gliák

2 Photo: NIH, retina Mikroglia 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.

3 Mikroglia mikroglia retinában axon terminális dendrit és dendrittüske asztrocita mikroglia

4 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

5 Mikroglia eredete CSF1R antagonizálás = szelektív mikroglia irtás colony stimulating factor 1 receptor/ Il34 ennek ligandja és a transforming growth factor b

6 copies per million mapped reads (CMMR) direct RNA sequencing, without amplification or cdna synthesis microglia have a distinct transcriptomic signature and express a unique cluster of transcripts encoding proteins for sensing endogenous ligands and microbes that we refer to as the sensome P2RY12 (a) Venn diagram showing similarities and differences of the top 10% of transcripts expressed in microglia and macrophages. (b) Heat map and hierarchal clustering of the transcripts that are unique to microglia or macrophages, showing a distinct signature for each of the cell types. (c) The top 25 transcripts with the highest CMMR that were unique to microglia were barely detectable in macrophages (P < for differences between microglia and macrophage expression). These 25 transcripts showed a high level of enrichment (log 2 fold change >4) over macrophages regardless of the level of expression in microglia. (d) The top 25 transcripts unique to macrophages with the highest CMMR had barely detectable levels in microglia (P < for differences between macrophages and microglia expression). These 25 transcripts showed high levels of enrichment (log 2 fold change >5) over microglia regardless of the level of expression in macrophages. Values in c and d are presented as mean ± s.d. of three different experiments carried out with microglia pooled from 22, 10 and 20 mice, and three pools of macrophages from ten mice per pool.

7 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

8 motilis, in vitro

9 fagocitál..

10 Green: microglia Red: astrocytes motilis, in vivo

11 spontaneous neuron activities Green: neuron Orange: microglia

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

13 lektinek: cukor-kötő fehérjék, de nem glikoproteinek! csak nagy specificitással kötnek cukrokat Mikroglia - markerek (csak néhány...) CD11b: integrin alpha M (ITGAM) = macrophage-1 antigen (Mac-1) or complement receptor 3 (CR3) Micro: CD11b +, CD45 low Macro: CD11b +, CD45 high 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) Scavenger receptors (SRs) are a 'superfamily' of membrane-bound receptors that were initially thought to bind and internalize modified low-density lipoprotein (LDL), though it is currently known to bind to a variety of ligands including endogenous proteins and pathogens. CD204: scavenger receptor (tüdő szilikon-indukált apoptózis) IBA-1: IC Ca ++ kötő fehérje (makrofágon is) Isolectin B4: griffonia (=bandeiraea) simplicifolia isolectin B4, glikoprot. (griffonia, afrikai kúszócserje)

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 (NTPDase!) KO mikroglia migrációját ATP nem stimulálja, - de adenozin igen - migrációhoz adenozin KELL! Glutamát, dopamin, epinephrine - szintén kemoattraktánsok lehetnek Kemokinek (chemokines; chemotactic cytokines) - sérült neuron CCL21 kemokint termel, mikro számára kemoattraktáns (mikroglián ez több 10 percig tartó Cl- konduktanciát okoz, kemotaxis Clcsatorna gátlókkal blokkolható) - CX3CR1 (CX3CL1 receptor) mikrogliális: van szerepe nyúlványmotilitásban, migrációban is - SDF1a (stromal derived factor 1) és mikroglális CXCR4 receptora - MCP-1 (monocyte chemotactic protein 1): ezt maga az aktivált mikro termeli, tovább fokozza mikroglia akkumulációt aktiváció helyén cannabinoidok LPA (lysophosphatic acid) morfin bradykinin NGF, HGF b-amyloid

16 Mikroglia Mikroglia szerepe az egészséges agyban: fejlődő idegrendszerben: szinaptogenezis és remodelling (több kontaktus alakul ki, mint ami megmarad; synaptic pruning éretlen és nem kellő szinapszisok eliminálódása) felnőtt agyban: apoptotizáló neuronok eltávolítása pl. felnőtt agyi neurogén zónákból hippocampus szubgranuláris zónájában született sejtek nagy része 1-4 napon belül apoptotizálni kezd: ezeket unchallenged microglia gyorsan eltávolítja

17 microglia marker Iba-1 (gold particles) Mikroglia szerepe az egészséges agyban: mikroglia-szinapszis kapcsolatok: 2 foton mikroszkópia: mikroglia átlagosan óránként min. egyszer, kb 5 percre kontaktusba kerül axon terminálisokkal és dendrittüskékkel neuronhálózatok mikroglia általi reorganizációja: 1 hétig vizuális ingerektől megfosztották egereket szinaptikus gyengülés : mikroglia nyúlványok érintkezése zsugorodó dendrittüskékkel gyakoribb lett és fagocitózis jelei gyakoribbak ischaemia alatt a kontaktus hosszú (120 min) lesz sérüléseknél mikroglia is részt vesz a synaptic stripping - ben (preszin. és posztszin neuron szeparálása glianyúlványokkal)

18 Mikroglia érzékeli a neuronális aktivitást Mikroglia modulálhatja a neuronális aktivitást SD: erős Ca++ jel neuronban mikrogliális ATP/adenosin release asztrogliális Glu release amplifikációja neuronális aktiváció (mglur)

19 Nyugvó (resting) mikroglia ramified nyúlványos, nyugvó fenotípus részben neuronális szignálok (pl CX3C-chemokine ligand 1 (CX3CL1), CD47, CD200 and CD22) tartják fent ezt az állapotot mikro megfelelő receptorain át croglia.htm

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

21 Fractalkine CX 3 CR1: konvencionális, Gα i -coupled 7- transzmembrán receptor. CX 3 CL1: nem konvencionális kemokin, hiszen membrán-kötött: a CX3C domén (N-terminális) egy erősen glikozilált, mucin-szerű nyélen helyezkedik el. CX3C domén: kell a receptor kötéshez, de nem tud erős kötést biztosítani (FIZIOLÓGIÁS shear stress t sem jól bírja!) Mucin-like stalk: 26nm hosszú, eltartja a CX3C domént a sejttől, hogy az optimális receptor kötését segítse; hasonlít a szelektin megfelelő stalk-régójához, amely a leukocita kitapadásért és erős adhézióért felelős) Szolubilis ligand: a CX 3 CL1 ligand proteolitikusan lehasadhat a sejtről (ADAM10/17) (klb méretű fragmensek)

22 A 1 Rs decrease glutamate release and hyperpolarize neurons plusz még:szolubilis fraktalkin hatások Fractalkine and CX 3 CR1 in synaptic plasticity, neurogenesis and neuroprotection. Schematic diagram describing several mechanisms of action of fractalkine (FKN) in modulating neuronal function. Hippocampal neurons, in particular, express high levels of FKN and CX 3 CR1 receptors. Microglia also possess CX 3 CR1 and can release several chemicals that modulate neurotransmission and synaptic plasticity. First, FKN acting through CX 3 CR1 modulates AMPA receptor phosphorylation leading to increased calcium (Ca 2+ ) entry and inhibition of both excitatory post-synaptic potentials (EPSPs) and longterm potentiation (LTP). FKN can also increase inhibitory post-synaptic currents (IPSCs), possibly by enhancing neuronal responsiveness to GABAmediated chloride entry. How FKN enhances IPSCs remains unknown, but this may be due to FKN activating CX 3 CR1 on microglia and causing the release of adenosine. This, in turn, could activate A 3 R receptors on neurons, kick-starting a signalling cascade which results in modulation of GABA A receptors to increase their sensitivity to GABA. Adenosine may also activate A 2A R on microglial cells and induce the release of D-serine which acts as a coagonist at the NMDA receptor leading to increased calcium entry. In this way, FKN may also inhibit LTP induction and modulate synaptic plasticity. The adenosine released by microglia has also been suggested to play a role in neuroprotection by activating A 1 R receptor subtypes on neurons. Finally, FKN may play a role in hippocampal neurogenesis by inhibiting the release of IL-1β from microglial cell types. Much of this schematic diagram is speculative and based on our limited current knowledge of the interplay between FKN and CX 3 CR1 in CNS neurotransmission. There is still much work to be done to dissect the signalling cascades involved in FKNmediated neuromodulation.

23 Mikroglia photo: Alexander Osmand Jung et al M. Dailey Jinno 2007 mikroglia eloszlás: agyterületenként változó de nagyon egyenletes

24 Mikroglia knock in 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):

25 ramified resting amoeboid activated

26 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

27 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

28 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

29 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 Arginase: outcompetes inos to downregulate production of nitric oxide MHC-II CD68 inos Il-12 TNFa Il-10 ++APC Gea-Sorli, Closi. World J Gastrointest Pharmacol Ther. 1(5): , 2010

30 Mikro/makrofág lineage David, Kroner 2011

31 DE!!! Richard M. Ransohoff túlegyszerűsítés.. modellbe gyömöszölés.. no evidence ex vivo genomiális vizsgálatok, sok klb betegségmodellből (egér) nem bizonyították 29 klb kezelésből származó 299 humán makrofág transzkriptom analízise nem igazolta, hogy az M1 - M2 profilok létezését

32 Mikroglia motilitás kétféle mozgási aktivitás sejttest transzlokációja nélküli nyúlványmotilitás migráció fejlődés sérülés (lézió, stoke, ND) 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 - migráció már 24 órán belül egyértelmű - csúcs 3 napnál um/min - nem kollektív, irányított migráció hanem random walk!! (?)

33 Mikroglia

34 Mikroglia Ohsawa, Kohsaka 2011

35 in vitro culture

36 in vitro culture

37 in vitro organotypic slice culture