Gliális sejttípusok az idegrendszerben

Átírás

1 Gliális sejttípusok az idegrendszerben

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 * 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 perivaszkuláris periszinaptikus pericelluláris perinodális asztrociták GLIA: gyűjtőfogalom!!! gliák

3 Perivaszkuláris/ perikapilláris asztrociták Agyi kapillárisok körül Neurovaszkuláris unit

4 Periszinaptikus asztrociták Reichenbach 2010 The tripartite synapse B: The glial process marked by the black silver grains ensheaths a synapse (open arrow) and is thinner than 100 nm, clearly below light microscopic resolution. A: Perisynaptic astrocytic processes (Ast) are pseudocolored in blue. Axo-spinous synapse. Ast, astrocyte; T, axon terminal; Sp, dendritic spine Villalba 2011 Eroglu, Barres 2010

5 The tripartite synapse + mikroglia!! Kettenmann et al. Neuron 77:10-18, 2013

6 Pericelluláris asztrociták Neuronális sejttest körül Perineuronális net (PNN) képzése (Glia nélkül is, ekkor más az összetétele) Gerlach 2010 NeuN: neuron WFA: CSPGs, labeled with Wisteria floribunda (lilaakác..) agglutinin CSPG: chondroitin sulfate proteoglycans (reaktív glia!) Busch, Silver 2007 Pericellular matrix of Oli-neu oligodendroglial precursor cells (cell line) is composed of nanofibers according to helium ion beam scanning microscopy.

7 Perinodális asztrociták Schafer, Rasband 2006 A perinodal astrocytic process (green) contacts a node of Ranvier. The axon is shown in red, the paranodal loops in blue. Scale bar: (b) = 5 μm heterologous O/A gap junctions Sontheimer 1996 Adult rat optic nerve. pn: P- fracture face of nodal membrane; epn: E-face of the terminal oligodendrocyte; ea: perinodal astrocyte process; ecs: extracellular space associated with the node.

8 Asztrocita SVZ glia őssejt A cells: chains of young neurons B cells: have astrocytic characteristics and form tube-like structures C cells: highly proliferative C cells E cells: ependymal cells LV: lateral ventricle Jose-Manuel Garcia-Verdugo, Fiona Doetsch, Hynaek Wichterle, Daniel Lim, Arturo Alvarez-Buylla, 1998 Alvarez-Buylla and Garcia-Verdugo, 2002

9 McCaffery 2006, Alvarez-Buylla 2002, Seri 2004 Asztrocita SGZ glia őssejt GFAP/PSA-NCAM

10 Seri, Garcia-Verdugo et al 2004 Asztrocita SVZ glia őssejt horizontális illetve radiális nyúlványú asztrociták SGZ

11 Cerebellum There are two main afferents to the cerebellar cortex: climbing fibres, which make direct excitatory contact with the Purkinje cells, and mossy fibres, which terminate in the granular layer and make excitatory synaptic contacts mainly with granule cells, but also with Golgi cells. In some cases, the stem axons of climbing and mossy fibres also provide collaterals to the cerebellar nuclei en route to the cerebellar cortex. The ascending axons of the granule cells branch in a T-shaped manner to form the parallel fibres, which, in turn, make excitatory synaptic contacts with Purkinje cells and molecular layer interneurons that is, stellate cells and basket cells. Typically, parallel fibres extend for several millimetres along the length of individual cerebellar folia. With the exception of granule cells, all cerebellar cortical neurons, including the Purkinje cells, make inhibitory synaptic connections with their target neurons. Richard Apps & Martin Garwicz Nature Reviews Neuroscience 6,

12 Purkinje cell

13 Bergmann glia hgfap-gfp - Golgi-féle epiteliális sejt = Bergmann glia - kisagy, radiális marad - GFAP+ rostok (sejtek 100%-a GFAP+!!) Purkinje/Bergmann glia BGC: Bergmann glial cells PC: Purkinje cell ml: molecular layer AC: cerebellar astrocytes (velate protoplasmic astrocytes) gcl: granule cell layer wm: white matter fátyol Hoogland 2010 Tanaka 2008

14 Bergmann glia hgfap-gfp Bergmann glia Velate astrocytes fátyol

15 Bergmann glia Cell processes of a Bergmann glia in the rat cerebellum revealed by Golgi staining publication/guide/html/2010/res/brai n-exp.html Glial microdomains are sites for localized Ca 2+ signals mediating neuron-glia communication. Bergmann glial processes intimately enwrap the parallel fiber Purkinje cell synapse. (A C): perisynaptic membrane sheaths of Bergmann glial processes contacting synapses and constitute an independent glial microdomain. Postsynaptic membranes are labeled by arrows. (D) Simplified representation of a single glial microdomain contacting neuronal elements. (E) Geometrical analogue of (D) but flattened to visualize the enormous surface area). Oheim 2006

16 Harvesting of individual Bergmann glia and quality control of single-cell cdna. Expression profiles of cell type control genes confirm purity of Bergmann glial cdna generated by single cell RT-PCR.

17 Affymetrix gene chip 8 táblázat rengeteg génről + rengeteg Supplementary Table

18

19 Goldman, zebrafish Müller glia retina Müller glia emberben a teljes retina 20 térfogat-százalékát adja. 1 MG 16 neuront támogat. fény M: Müller G: retinal ganglion cell RB: rod bipolar cells A: amacrine cell CB: cone bipolar cell Reichenbach 2006, 2007 etc. GCL: ganglion cell layer IPL: inner plexiform layer INL: inner nuclear layer OPL: outer plexiform layer ONL: outer nuclear layer PRL: photoreceptor layer

20 Müller glia A klasszikus optikai kábeleket hengeres (cilindrikus) alak és nagy törésmutató (refractive index) jellemzi. Ez igaz a Müller gliára is! Egy anyag törésmutatója az a szorzó, amellyel az elektromágneses hullám fázissebessége lelassul az anyagban a vákuumbeli sebességéhez képest. C: fény sebessége vákumban V: fény sebessége az adott anyagban Levegő: Üveg: n= c v Izolált Müller glia sejt törésmutatója nagyobb mint az izolált neuronoké. The inverted structure of the vertebrate retina. Light is coming from above and has to travel through several layers of light scattering tissue before reaching the sensitive photoreceptor cells at the back-side of the retina. The different retinal nuclear and plexiform layers are indicated in this schematic. The bright structures spanning the entire retinal thickness represent Müller cells, whose endfeet completely cover the inner retinal surface.

21 Demonstration of light guidance by individual Müller cells measured in a modified dual-beam laser trap. (a) A cell is floating freely between the ends of two optical fibers, which are aligned against a backstop visible at top. (b) The Müller cell is trapped, aligned, and stretched out by two counterpropagating near-infrared laser beams diverging from the optical fibers. (c) The fibers are brought in contact with the cell. Visible light (λ = 514 nm) emerges from the left (input) fiber and is collected and guided by the cell to the right (output) fiber. The fraction of visible light reentering the core of the output fiber is measured by a power meter, and the nearinfrared light is blocked by an appropriate shortpass filter. (Scale bar, 50 μm.) (d) Typical time course of the power of visible light measured. When the cell is removed from the trap, it no longer prevents the light from diverging, and the measured power drops considerably. The ratio η =P with_cell /P without_cell defines the relative guiding efficiency. Franze K et al. PNAS 2007;104:

22 Each Müller cell provides light for its own illuminated receptor field. Reichenbach et al. Live Cells as Optical Fibers in the Vertebrate Retina

23 OLM: outer limiting membrane ONL : outer nuclear layer INL: inner nuclear layer GCL: ganglion cell layer NFL: nerve fiber layer ILM: inner limiting membrane Retina organotipikus kultúra GFAP CRALBP cellular retinaldehydebinding protein Nyilak: Müller glia GFAP+ Csillag: asztrociták sejttestjei az NFL-ben Nyílhegy: asztrociták nyúlványai Fernandez-Bueno 2008

24 Müller glia

25 Müller glia Summary of Muller Glia Specific and Enriched Genes - retina fejlődésében kulcsszerep - axonnövekedés, szinaptogenezis támogatása - neuronok számára metabolic/trophic support - fény bevezetése a retinába (light collector) - retinasérülésnél multipotens progenitor?

26 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 perivaszkuláris periszinaptikus pericelluláris perinodális asztrociták GLIA: gyűjtőfogalom!!! gliák

27

28 Rat/mouse human = hipofízis Photograph by Dr. Gerald P. Koslowski, Univ. of Illinois, 1972)

29 Anatomical localization of the arcuate nucleus and the surrounding hypothalamic nuclei in a coronal (left) and sagittal (right) section of the human brain. Abbreviations: Arc, arcuate nucleus, DHA, dorsal hypothalamic area, DMN, dorsomedial nucleus, LHA, lateral hypothalamic area, PeVN, periventricular nucleus), PFA, parafornicular nucleus, PVN, paraventricular nucleus, VMN, ventromedial nucleus, SO, supraoptic nucleus, SC, surprachiasmatic nucleus. Arc and PeVN are drawn transparently in the sagittal section in order to show the underlying nuclei.

30 A hipofízis Pituitary A hátsó lebeny két hormont: oxitocint és vazopresszint tárol és ürít. Ezeket a hipotalamusz hozza létre. Az elülső lebenyben termelődnek: FSH, LH, ACTH, LTH, GH, TSH... hormonok

31 Tanycita 1954, Horstmann tanus=elnyúlt (görög) - belső liquor-térrel érintkező sejtek - kapcsolat a periventrikuláris szervek kapillárisaival, melyekben a vér-agy-gát leaky - ventrikulárisan, és cirkumventrikuláris szervekben - pl. 3. kamra ventrális részének falától a hipotalamusz mélyébe - 4 típus: α1, α2, β1 and β2 eltérő funkciókkal : CSF CNS kommunikáció : - pl. glükóz-transzporter expresszió - triiodothyronine (T3) előállítás thyroxin-ból (tanyciták az agy fő T3 forrásai) - gonadotropin releasing hormone (GnRH) szekréció a portális keringésbe B: Golgi staining C: vimentin immun IR, infundibular recess (ventricle III. floor) AN, arcuate nucleus D: tanycyte subtypes VM, ventromedial nucleus; ARC, arcuate nucleus Millan 2010, Rodriguez 2005

32 Leptin túlsúly Pl: leptin szignalizáció hibás vagy leptin KO Obesity is a state of negative energy balance. Body energy levels are detected by hypothalamic neurons through measuring of leptin levels in circulation. When leptin levels are low, due to either food depletion or leptin signaling deficiency (ob/ob), the inhibition of leptin to hypothalamic feeding and metabolic circuits is released, and the default activity of these systems promotes feeding and restricts energy expenditure. A leptint a zsírszövet termeli. Szerepet játszik az étvágy szabályozásában, fokozza a szimpatikus tónust. Normál testsúly és kiegyensúlyozott táplálkozás esetén a leptin szintje minél magasabb, a szervezet annál kevesebb táplálékot vesz magához, az agyi régiók befolyásán keresztül. A leptinnel kapcsolatos szabályozás több ponton is károsodhat. Qian Gao, Tamas L. Horvath, Leptin#mediaviewer/File:Fatmouse.jpg

33 Tanycita vér eredetű LEPTIN a eminencia mediana-n keresztül jut be a hipotalamuszba leptin belépését a tanyciták kontrollálják LepRb-ERK (LepRb: leptin receptor b) szignalizáció kell a hipotalamikus leptin uptake-hez az ERK szignalizáció serkentése tanycitákban az obese (túlsúlyos) egerekben megmenti a leptin funkciót! ERK = extracellular signal regukated kinase Obezitás: rezisztencia a cirkuláló leptinnel szemben

34 Tanycita Hypothalamic tanycytes. (A C) vimentin (D F) TEM of the ventricular wall The area analysed is framed in (C). The association between tanycytes and neuron is shown (N). (E) The b1-tanycytes present blebs (B) in the apical region of the cells. (F) Contact region between tanycytes and neurons (arrows). (G I) Scanning electron microscopy of the ventricular wall associated with the hypothalamic basal area. (H) Transition between ependymal cells and a-tanycytes. (I) Scanning microscopy of blebs present in the apical region of b- tanycytes. III V, third ventricle; Ep, ependymal cells; ME, median eminence; M, mitochondrion. Millan 2010

35 Tanycita Much of the mammal (rabbit) ventricle surface is lined by a layer of ependyma cells which range in shape from cuboidal to squamous and the majority of the cells possess cilia which project from their apical surfaces into the ventricular cavity. A network of multipolar cells resembling neurons is commonly observed on the tanycyte surface. Dr Richard Kessel 2009

36 A tobozmirigy gliasejtjei Corpus pineale, pineal gland, pineal body, epiphysis cerebri or the "third eye" low magnification: the entire organ Histologically speaking, the pineal gland is uninteresting, about 90-95% of the cells are the pinealocytes: melatonintermelés és szekréció vérbe 5-10%: corpus pineale gliasejtjei: - GFAP + sejtek - melatonin termelés és cirkadián ritmus szabályozása (?) (modell: transzgén patkányok, TGR(ASrAOGEN) asztrocitákban kiütött angiotenzin-termelés, Baltatu 2002)

37 A tobozmirigy gliasejtjei Pineal gland section doublestained for MHC class II antigens (OX6) and astrocytes (GFAP). The MHC class II+ cells appearing in black (arrows) are distinct from the GFAP+ astrocytes (brown reaction product) (arrowheads) indicating that the MHC class II+ cells are not of astroglial origin. CX: cortex Pedersen 1997 Berthoud 2000 Chicken pineal gland. Astrocyte cell bodies have dark cytoplasm and are clustered along the lumen. Pinealocytes are lighter and, generally, lie away from the lumen, closer to the basal lamina. Junctions between pinealocytes and astrocytes in the chicken pineal gland. Endfeet from astrocyte and pinealocyte processes lie adjacent to a tortuous basal lamina (bl). Gap junctions (open arrowheads) and tight junctions (short black arrows) join pinealocytes to each other and to astrocyte processes (dark cytoplasm). Pinealocytes have lighter cytoplasm; bundles of thin filaments in pinealocytes are indicated (long arrows).

38 A hipofízis Pituitary A hátsó lebeny két hormont: oxitocint és vazopresszint tárol és ürít. Ezeket a hipotalamusz hozza létre. Az elülső lebenyben termelődnek: FSH, LH, ACTH, LTH, GH, TSH... hormonok

39 A hipofízis (pituitary) gliasejtjei - pituiciták (astrocyte-like cells) - GFAP+ sejtek, rés-kapcsolatok - hormon-szekréció szabályozása Neurohipofízis. Pituiciták körbeölelik a neuroszekretoros axonterminálokat. Stimulációra a glia-borítottság dinamikusan változik : pituiciták nyúlványaikat visszahúzzák. (pit.) pituicytes (ter.) neurosecretory axons (oxytocin, vasopressin) and terminals and contact (arrows) Theodosis 2008

40 Adenohipofízis csillagsejtjei Pituitary Folliculo-Stellate Cells (FS) - struktúrális támasztósejt - anterior lobus sejtjeinek csak 5-10 %-a, szétszórtan - S100b+, GFAP+, vimentin+ - network rés-kapcsolatokkal - citokin és növ. faktor (pl. VEGF) termelés szabályozása - felnőtt hipofízis - őssejtek! (?) S ban írták le Expression of GFP in S100b-GFP transgenic rat pituitary gland. Itakura 2007 GFP-expressing cells in the C: anterior lobe (ALadenohyphophysy) and D: intermediate lobe (IL) and posterior lobe (PL - neurohypophysis)

41 Enterális glia

42 Enterális glia Specific details of signalling pathways are described and referenced in the text. Abbreviations: α2-ar, α2 adrenergic receptor; 15d-PGJ2, 15-deoxy-Δ12,14-prostaglandin J2; EG IM, enteric glia within the musculature; EG MP, enteric glia within the myenteric plexus; EG Mucosa, enteric glia within the mucosa; EG SMP, enteric glia within the submucosal plexus; GAT2, sodium- and chloride-dependent GABA transporter 2; mglur5, metabotropic glutamate receptor 5; NTPdase2, ectonucleoside triphosphate diphosphohydrolase 2; PAR1/2, protease-activated receptor 1/2; PEPT2, peptide transporter 2 (also known as solute carrier family 15 member 2); proegf, proepidermal growth factor; P2X7, P2X7 receptor; TGF-β, transforming growth factor β a Several subpopulations of enteric glia located within the gut wall with varying proposed physiological functions. b Mucosal glia (EG Mucosa ) lie in the mucosa directly beneath the epithelial cells. c Intraganglionic glia (EG SMP and EG MP ) surround neurons (blue) within the enteric nerve plexuses (submucosal plexus, myenteric plexus). d Intramuscular glia (EG IM ) are associated with enteric nerve fibres coursing through the smooth muscle coats (circular muscle and longitudinal muscle). Identified functions and signalling mechanisms of (b) mucosal, (c) intraganglionic and (d) intramuscular glia are illustrated on the righthand panels.

43 Enterális glia 1899, Dogiel - bélidegrendszer (enteric nervous system) - neural crest eredetű gliasejtek - inkább asztrocita, mintsem Schwann sejt-szerűek Sasselli 2012 glia differenciáció kezdete éretlen glia - enterális glia kondicionális ablációja (transzgén egér): jejunoileitis* a megnövekedett intesztinális permeabilitás miatt (*inflammation of the jejunum and ileum ( pl Crohn betegség, IBS) érett glia - intestinal epithelial barrier fenntartása pl. bakteriális fertőzés alatt Rescigno 2008, Savidge TC et al. 2007

44 Enterális glia Sharkey, Nasser 2003 GFAP+/S100B+ enteric glia in the submucosal plexus in rat colon myenteric plexus nerves (whole mount preparation) Wester Glial cells (arrows) in a human colonic myenteric ganglion. Bassotti 2007

45 (Ez a herpesz TK nagyon különbözik a gerinces TK-tól!!) GFAP-HSVtk transzgenikus egér: a herpes simplex virus thymidine kinase (HSV- TK) transzgént expresszáló sejtek a ganciclovirt (GCV) toxikus nukeotid analógokká bontják és elpusztulnak. A HSV-TK csak az endogén GFAP-t expresszáló sejtekben fejeződik ki. conditional ablation: csak amíg a GCV-t kapják, addig pusztulnak.. GCV 14 napig, szubkután Stom: stomach PC: proximal colon DC: distal colon Mucosal enteric glia: GFAP+ Gyomor+-bél irányban GFAP tartalom nő a mucosában Jejunum/ileumban a gliapopuláció (GFAP expresszió) jelentősen lesökken GCV jelenlétében.

46 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 perivaszkuláris periszinaptikus pericelluláris perinodális asztrociták GLIA: gyűjtőfogalom!!! gliák

47 Glia limitans Interdigitáló glia-nyúlványok a cortex felszínén. Alatta molekuláris réteg. - glia végtalpak a CNS felszínén - erős GFAP festődés - nyúlványok felszín felé - sőt egyes agyterületeken sejttestek is a felszínen (Surface-Associated Astrocytes) see Feig 2011, next slide Feig

48 Surface-Associated asztrociták a posterior piriform cortex területén

49 GFAP Glia limitans A, Distribution of GFAP-positive astrocytes in the frontoparietal cortex from 7- day-old control rat. Note that GFAP-positive cells are localized in subpial spaces and around vessels. B, Astrocyte processes directed toward subpial spaces. C, Astrocyte processes surrounding a vessel in the cortex. Benjelloun 1999

50 Glia limitans Cui Iadecola 2007

51 Glia limitans glial limiting membrane formed by astrocyte processes (A) and the basal lamina (arrow); a leptomeningeal cell from the pia mater (N - nucleus) Scale = 500 nm. Rabbit neocortex.

52 Glia limitans Fibrillary astrocyte filled with gliofilaments participating in glial limiting membrane (N - nucleus). P - cellular elements of the pia mater. Limiting basal lamina - arrow. Scale = 1 µm. (Rabbit, neocortex.)