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 + 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 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

13 Bergmann glia hgfap-gfp Bergmann glia Velate astrocytes

14 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

15 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.

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

17 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 B: bipolar cells A: amacrine 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

18 Müller glia Classical optical fibers are characterized by a cylindrical shape and a high refractive index of their light guiding core. It is true for Müller glia! refractive index n of a substance is a number that describes how light propagates through that medium isolated vital Müller cells display higher refractive indices than retinal neurons 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.

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

20 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

21 Müller glia

22 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?

23 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

24 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

25 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

26 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)

27 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).

28 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

29 A hipofízis 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

30 Adenohipofízis csillagsejtjei Pituitary Folliculo-Stellate Cells (FS) - struktúrális támasztósejt - anterior lobus sejtjeinek csak 5-10 %-a, szétszórtan - S100+, 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)

31 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 - enteric glia eliminálás (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

32 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

33 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

34 Surface-Associated asztrociták a posterior piriform cortex területén

35 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

36 Glia limitans Cui Iadecola 2007

37 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.

38 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.)

39 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

40 Oligodendrocita progenitor II. típusú asztrocita , Martin C. Raff O2A progenitorok izolálása perinatális patkány látóidegből, majd később kisagyból, cortexből, gerincvelőből is - O2A markerei: A2B5, PDGFRa, NG2 - oligodendrocitává differenciálódik thyroid hormon, retinsav és CNTF hatására - Type II asztrocitává is differenciálódhat - csak in vitro (???) - Type II asztro markerei: A2B5+, FGFR+, Ran2+ Izolálás után 1 nappal. 70% O2A progenitor, 30% type-2 asztrocita Izolálás után 3 héttel, 90% GFAP+ type-2 asztrocita O2A/OPC (oligo progenitor) tud asztrocitát létrehozni Liu, Rao

41 Oligodendrocita progenitor II. típusú asztrocita A2B5 : cell surface ganglioside epitop NG2 : Neuron-glial antigen 2 (NG2), chondroitin sulfate proteoglycan 4 PDGF : platelet derived growth factor Ran2 : Rat neural antigen-2, a GPI-anchored form of ceruloplasmin II. típusú asztrocita, GFAP+ (réz-kötő fehérje a vérben, vas metabolizmusban is szerepe van) (Ilyen is van...: type-2 asztrocita sejtvonal: RBA-2)

42 Oligodendrocita 1928, Del Rio Hortega - kevesebb nyúlvány: oligo - 4 típus (Hortega szerint) Type I ODG: - kis, kerekded sejttest primer nyúlvány axon myelinálása um internodális táv - előagy, kisagy, gerincvelő Type III ODG: - nagyobb sejttest axon myelinálása um internodális táv - pedunculák, nyúltvelő, gerincvelő Type II ODG: - hasonló, mint Type I - fehérállományban a leggykoribb sejttípus Type IV ODG: - nincs nyúlványa - egy hosszú myelinhüvely um internodális táv - agyidegek CNS-be lépésénél

43 Oligodendrocita 1932, Wilder Graves Penfield was first to suggest myelin is made by oligodendrocytes, not axons , Canadian neurosurgeon epilepszia kezelése, érző és motor cortex feltérképezése... That these cells have to do with the formation and maintenance of the myelin sheath is born out by the facts they are very numerous, especially in the white matter, and the position and relation of their cytoplasmic expansions to the myelin sheaths is similar to the arrangement of the sheath of Schwann Penfield A: 1924, Penfield rajza oligodendrocitákról (O) és neurogliáról/asztrocitáról (N) Myelin nem festődött direkt bizonyték O myelináló képességéről csak az ELMI felfedezésekor jött B: egér látóideg MBP/oligodendrocita Emery 2010

44 Oligodendrocita Jianrong Li Kachar et al.,

45 Oligodendrocita Dr H. Jastrow myelin - hüvely oligodendrocita 1878, Louis-Antoine Ranvier, dicovered the nodes of Ranvier , French physician, pathologist, anatomist and histologist

46 Oligodendrocita Golgi mitkokondriumok axonok myelinhüvellyel Több axonnal kapcsolatban álló oligodendrocita

47 Oligodendrocita myelin Development of oligodendroglial cells O2A precursor ODG blast pre ODG immature ODG myelinating ODG

48 előagyban gerincvelőben Oligodendrocita progenitorok (OPC) - korai embrionális korban: velőcső ventrális neuroepitéliumának azon doménjében, ahol először a motoneuronok keletkeznek OPC sejtek innen migrálnak a gerincvelő teljes területére és végül myelináló ODC-vá differenciálódnak - késői embrionális/korai posztnatális korban: dorzális gerincvelő ezek adják a teljes gerincvelői OPC pool %-át - 1. hullám: az előagyban az első OPCk a mediális gangliondombokban és az anterior entopedunculáris area területéről - 2. hullám: OPCk a laterális és/vagy caudális gangliondombokban - 3. hullám: OPCk a posztnatális cortexben a teljes embrionális/posztnatális telencephalon területét ellátják, beleértve a cortexet Bármelyik hullám hibádzik: másik gerenerációs hullámok pótolják a kiesett sejteket! Redundancia... Nicoletta Kessaris et al. 2006

49 NG2 sejtek ( NG2 glia ) s, William Stallcup és mtsai írják le az NG2+ sejteket a felnőtt agyban NG2: kondroitin szulfát proteoglikán 4 (CSPG4) = neuron-glial antigen 2 (NG2) sok oligodendroglia-progenitor (OPC) markert is expresszálnak (pl. PDGFRa) - érett oligo, asztro markereket nem expresszálnak - myelináló oligodendroglia sejteket (Sox10+ ODG lineage) és további NG2+ sejteket hoznak létre de neuront (?) és asztrocitát is generálhatnak (őssejtek??? ) - kis sejttest, elágazó nyúlványok (A) cortex of a P13 Sox10-GFP mouse showing the near-uniform distribution of oligodendrocyte lineage cells, mainly NG2-glia. (B) A single NG2-glial cell in the cerebellum Richardson 2011 CSPG4, integral membrane chondroitin sulfate proteoglycan

50 Oligodendrociták (ODC) és progenitorjaik (OPC) polydendrocita = OPC, NG2+ The neuronal fate of polydendrocytes is still debated (as indicated by the dotted line). Although most neurons arise from neuroepithelial cells in the ventricular zone, radial glia and cells in the SVZ, a small number of neurons in the piriform cortex might be generated from platelet-derived growth factor receptor-+ cells in the adult. polydendrocyte elnevezést Nishiyama et al. javasolták (2002) The cellular source of each mature cell type is shown. The thickness of the arrows represents the relative contribution of the precursor population. Most polydendrocytes arise from the medial ganglionic eminence (MGE) and the anterior entopeduncular region (AEP), with a minor contribution from radial glia. Polydendrocytes give rise to ODCs and a subpopulation of protoplasmic astrocytes in the grey matter but do not give rise to white matter astrocytes. Other sources of astrocytes include cells in the subventricular zone (SVZ) and radial glia. Nishiyama 2009

51 NG2+ sejtek, ezüsttel intenzifikált DAB festés (dark granules on the surface and in the cytoplasm). Bab alakú, ovális magvú sejtek, heterokromatin magmembrán mellett és nukleoplazmában is. A: neuron mellett, C: kapilláris mellett NG2 sejtek ( NG2 glia ) Klb. nyúlványrendszerű NG2+ sejtek a cortexben (o=oligodendrocita sejttest az A képen) Peters, Sethares 2004

52 NG2 sejtek ( NG2 glia ) Még egy elnevezés: synantocytes Egyes elképzelések szerint az NG2 sejtek nem simán ODC progenitorok hanem különálló glia-típusnak tekinthetőek: asztro, oligo, mikro, OPC ÉS NG2 - a tetrapartite synapse tagjai - neuronok környezetében, neuronális aktivitást érzékelik Synantociták szoros kapcsolatban a neuronokkal. NG2 és toluidine kék festés. (A) HC CA1 area: némelyik szoros kapcsolatban piramissejtekkel (B) Perineuronális network, HC neuron (csillag) körbeölelése (C) Kérgi piramissejt körül Butt 2005

53 NG2 sejtek ( NG2 glia ) synantocytes NG2-expresszáló glia (synantocita) a felnőtt agyban. (A) NG2 szaggitális metszeten (B) hippocampusban erős jelölődés CA1, CA2, CA3 régiókban - akár extracelluláris jelölődés is lehet (C) kisagyban ott vannak Purkinje neuronok között (PCL), a molekuláris (ML) és a szemcsesejt-rétegben (GCL) és a fehér-állományban (WM) is (itt polarizáltak, nyúlványaik az axon-kötegek mentén futnak). Butt 2005

54 NG2 sejtek ( NG2 glia ) synantocytes Synantociták a Ranvier-befűződések körül (antrior medullary velum) NG2, myelin basic protein, ankyrin-3g (A) egyedi NG2 sej több nodussal is kapcsolatban van és nyúlványuk követi a myelinált axont (minden NG2-re igaz ezen a területen!) (B) dekonvolvált kép: nodus és paranodus kapcsolatok a myelinhüvelyen ankyrin-3g: axon-iniciális szegmensben és Ranvier-féle befűződésben, Na-csatornák kihorgonyzása

55 NG2 sejtek ( NG2 glia ) Még egy elnevezés: GluR cell/complex cell 1992, Steinhauser C. patch clamp: 2 glia-populáció passzív komplex kapcsolt, Glu és GABA transzporterek, GFAP+: asztro nem kapcsolt, gyakran GFAP-, de S100b+: éretlen asztro GluT GluR később (2004) ezeket GluR sejteknek is nevezik, ionotróp GluR (AMPAR) expresszió miatt (és GABAAR+, Glu transzporter-) Szerintem: nem kapcsolt komplex sejtek lehetnek asztrociták és NG2+ sejtek is Még alakul... TODAY (2010) : emerging consensus: (i) NG2 cells and GluR/complex cells represent overlapping populations of glia (ii) NG2 cells represent a fourth class of neuroglial cells in the adult CNS

56 Oligodendrocita NG2 progenitorok és O2A progenitorok viszonya asztrocita O2A progenitor is NG2+ A2B5: cell surface ganglioside epitope

57 Oligodendrociták (ODC) és progenitorjaik (OPC) Nishiyama 2009

58 Oligodendrociták (ODC) és progenitorjaik (OPC) Markerek Bradl, Lassmann NG2 - PDGFRa - OLIG2 - SOX10 - O4 - MBP - Nkx2.2 - CA II - CNP - Kir4.1 - MAG - MOG - NogoA - PLP - RIP - TPP/p25 - O1 - GalC - Cx32

59 Oligodendrociták - szigetelés, ingerületvezetés MS, szklerózis multiplex (agy, gerincvelő) - axon tápanyagellátása

60 P: Purkinje neuron AIS: axon initial segment: ioncsatorna clusterek, akciós potenciál generáció Node: Na+ csatornák, akcióspotenciál propagálás Paranode: myelin rétegek és axolemma kapcsolatai JXP: juxtaparanode, delayedrectifier K+ csatornák Internode: kompakt myelin KV1.2 : K+ ioncsatorna NF186: Nfasc186 (neurofascin) Caspr : contactin-associated protein-2 Calb: calbindin MBP: myelin basic protein

61 Oligodendrociták Mielináció 2 modellje

62 Oligodendrociták (ODC) és progenitorjaik (OPC) Markerek Olig2 Oligodendrocyte transcription factor 2 - bhlh transzkripciós faktor - ventrális neuroektodermális sejtsors specifikáció (motor neuron és OPC differenciáció) - diffúz gliómák univerzális markere (diagnosztikában használható marker) (Olig1 szintén oligodendrogenezis Olig3 pl. dorzális gerincvelői neuron képzés, tranziens expresszió) Sox10 transzkripciós faktor Nkx2.2 homeobox fehérje, transzkripciós faktor inkább OPC-ben O4 Liu, Qiu 2007 Olig2 /O4 Olig2 /O4 in differentiated rat cortical stem cells O4 érett ODC marker sejtfelszíni antigén, sulfatide, glycosphingolipid

63 Oligodendrociták Proteolipid Protein, PLP - transzmembrán proteolipid protein, a myelin fehérjéknek 50%-a - 1 génről 2 fehérje keletkezik: a PLP és a DM-20, mindkettő rendkívül hidrofób - a myelin lamellák extracelluláris lemezeinek fúziójáért, kompakttá válásáért felelős (valószínűszeg más funkciója is van) - membránba épülése szabályozza a myelinlepedő-képződés sebességét - hiányában van myelinizáció: de axondegeneráció, korai ODC pusztulás jellemző Cedric Raine Baron, Hoekstra 2010 van KO egér illetve természetes mutánsok, pl. shaking, jimpy Humán: Pelizaeus-Merzbacher disease Werner axon Verrkhratsky, Butt 2007

64 Oligodendrociták Myelin Basic Protein, MBP 1971, ekkor szekvenálták meg az MBP-t - fehérjecsalád, több izoforma - myelin fehérjéknek 20%-a - a myelin lamellák citoplazmatikus lamelláinak adhéziójáért felel - CNS-ben esszenciális fehérje mely nélkül a myelin struktúrája dezorganizálódik - PNS-ben lehet ép a myelin MBP defektus esetén is - 1 gén, sok izoforma (CNS/PNS-ben más-más eloszlásban) - MBP valószínűleg csak PLP beépülés után integrálódik a membránba - természetes mutáns: shiverer - MBP-KO: hasonló fenotípus Baron, Hoekstra 2010

65 Oligodendrociták *glial progenitors from aborted human fetuses *PSA-NMCAM- and A2B5+ magnetic separation *shi/shi x rag2/-/- myelin and immunodeficient mice *transplantation of newborn mice ( cells into cortex) *at 130 days mice started to dye MBP, myelin basic protein Cerebellum of a one year old myelin-mutant mouse transplanted with human precursor cells. Since the mutant mouse s own cells cannot make MBP, (shiverer) all the myelin has been produced by the human cells. Nuclei/Human cells/mbp Steven Goldman, Martha Windrem et al Nikon; MBP/GFAP/Hoechst

66 Oligodendrociták MBP, myelin basic protein (MBP) in adult mouse cortex. MBP in adult rat brain, corpus striatum. MBP - AXON-jelölés!! Myelin Basic Protein in Rat brain: ab40390, ab40390

67 Oligodendrociták (ODC) Dendritek borítottsága??? Van-e myelinált dendrit? - dendrit: szinaptikus input, információ-integráció fő helye myelin szigetelés nem jellemző - nem szinaptikus felszínt dendriten glia (asztrocita, Bergmann glia) végtalpak és a perineural net komponensei boríthatják - ritkán: részleges myelinborítás - PNS-ben: érző neuron A: kisagy, Purkinje sejtek dendritjeit Bergmann glia (sötét vonalak, nyílhegyek) veszik körül. A két B betű Bergmann glia sejttestét jelenti a Purkinje sejttesthez közel. Csillag: kapilláris B: S100+ Bergmann glia Purkinje mellett C-D: részlegesen myelinált (MS) mitrális sejtek (olfactory bulb) dendritjei (d) majomagyban, nyilak a nem-myelinált szakaszt mutatják Hatton, Parpura 2004

68 Oligodendrociták (ODC) és progenitorjaik (OPC) Myelin fehérjék proteomikai analízise -342 CNS myelin-asszociált protein - szeparálás, - tömegspektrometria (MS) - egy csomó új fehérje - új analízis szerint: PLP: 17%, MBP 8% (!!!csak) PDGFRa PDGF receptor alpha - korai marker - PDGF kell ODC in vitro differenciáltatásához TPPP/p25 tubulin polymerization promoting protein - MT stabilizáló szerep - myelináló oligodendrocitákban - úgy tűnik OPC differenciációban is esszenciális Lehotzky 2010 Kir4.1 - inward rectifying K+ csatorna - oligodendrocita sejttesten - Kir4.1.KO egér: gerincvelői hypomyelináció - de asztrocita perivaszkuláris/perinodális végtalpakon is)

69 Oligodendrociták (ODC) MAG (MGP), myelin associated glycoprotein - immunglobulin szupercsalád tagja - transzmembrán glikoprotein - 1 gén, két forma: L-MAG (large) embrionális, S-MAG (small) felnőtt - a molekula 30%-a cukor - mutáns egér, MAG-KO: quivering - CNS-ben csak a periaxonális területeken található, itt az axolemmától egy nm-es rést tart fenn: axon/myelin kapcsolatért felel - szignál transzdukció a myelinmembránon át - axon-növekedés (burjánzás) inhibitora Myelin associated proteins MOG, myelin oligodendrocyte glycoprotein - oligodendrocita nyúlványokon és myelinhüvely legkülső membránján - csak érett sejteken késői marker - szerepe lehet adhézióban, faszcikulációban adaxonal abaxonal Quarles 2007

70 Oligodendrociták (ODC) OMgp, Oligodendrocyte-myelin glycoprotein - kicsi, glikozilált protein - a paranodális területeken - axon-növekedés gátlása: OMgp KO egérben nodusok túl szélesek és több az axon-kollaterális! Nogo-A, neurite outgrowth inhibitory protein - neuronokon és érett oligodendrocitákon - axon-növekedés (sprouting) gátlása MOBP, myelin-associated oligodendrocytic basic protein - myelin bázikus fehérjéhez hasonló lokalizáció és funkció - több izoforma - KO egér myelinjében nem láttak abnormalitást MOSP, myelin/oligodendrocyte-specific protein - myelin extracelluláris felszínén - funkciója?? talán myelinképzés Myelin associated proteins neuron Llorens 2011

71 Oligodendrociták (ODC) CA II, Carbonic Anhydrase II (újabb humán- adatok: nem kizárólagosan ODC specifikus) - CO2 reverzibilis átalakítása bikarbonáttá - emberben 14 CAS izoforma - eritrocitákban főleg (gyors CO2 eltávolítás) - CNS-ben: oligodendrocitákban, ezek myelináló nyúlványaiban, choroid plexus epitéliumban, bizonyos neuron, asztrocita, mikroglia szubpopulációkban, fejlődő agyi endotélben - funkció: neutrális intracelluláris ph fenntartása (más transzportrerendszerekkel együtt) - ion és vízmozgás szabályozása myelinen keresztül CA II is abundant in varicosities alongside long processes of oligodendrocytes contacting myelinating axons during the most intense periods of myelinogenesis but is either absent or occurs in minute amounts in adult compact myelin. G: myelinating axon at 7 months H: at 19 years of age human white matter NF: neurofilament Kida 2006

72 Oligodendrociták (ODC) RIP antigén CNPase - patkány oligodendrogliával immunizáltak - citoszolikus epitopot ismer fel - csak 2006-ban azonosították, hogy a CNPase-t ismeri fel - 2,3 -cyclic nucleotide 3 -phosphodiesterase (CNPase) CNPase-GFP transzgén egér - a fenti nukleozidok foszfodiészter hidrolízisét katalizálja de funkciója myelinben??? itt nincsenek jelen fenti szubsztrátjai - feltevések szerint a citoszkeleton-organizációban van szerepe - oligodendrocita és Schwann-sejt specifikus, jó marker - korai megjelenés Yuan, Gallo 2002 Watanabe 2006 corpus callosum

73 Oligodendrociták Myelin-lipidek - 70% lipid (szárazsúly) Aggarwal 2011 asszimmetrikus lipid-összetétel

74 Oligodendrociták Galactocerebroside, Gal-C - myelin lipidállomány részei a glycosphingolipdek, ezek közül főleg a GalC-ok és ezek szulfatid származékai - KO egér melyben a a GalC szintézis utolsó lépését katalizáló enzim (UDP-galactose:ceramide galactosyl transferase, CGT) enzim van kiütve: tremor 2 hetes kortól: axon/glia interakció hibái! - érett ODC GalC Jane M Anderson j Cholesterol - CNS-ben legtöbb koleszterol myelinben van - KO egér: oligodendrocyta nem tud koleszterint szintetizálni (ODC-specifikus squalene-synthase KO): ODC sejtek túlélnek, koleszterolt más forrásokból szereznek (végül myelinben 70% koleszterol tartalommal képesek működni), - de myelinképzés zavart, egér ataxiát, tremort mutat Saher 2005 spinal cord P20

75 Even though the brain only makes up 2% of the body's weight, it contains 25% of its cholesterol- Koleszterin szintézis és myelin szintézis és fenntartás! Oligodendrociták

76 Oligodendrociták - asztrociták Rés-kapcsolatok Cx32 connexin - oligodendrocitákban - Cx32 KO: periferiális demielináció, CNS OK Cx47 connexin - Oligodendrocita-specifikus - Cx32/Cx47 dupla KO: súlyos CNS myelin-hiány!!! Gap junction network asztrociták (A) és oligodendrociták (O) között: A/A kapcsolat: Cx30/Cx30, Cx43/Cx43 O/A kapcsolat: Cx32/Cx30, Cx47/Cx43 O: Cx32/Cx32 csatornák a myelinhüvely rétegein át O/axon: Cx29 hemichannels - az adaxonális membránban az axon felé nézve

77 Oligodendrociták - asztrociták Rés-kapcsolatok b: GJ O/A között c: GJ A/A között d: O/A közötti GJ területén több száz csatorna (freeze-fracture) e: A/A GJ f: O/A GJ, Cx47 immunogold labeling g: A/A GJ, Cx43 immunogold-labeling Square arrays (orthogonal assemblies of aquaporin-4) identify astrocyte membranes in e (black arrow) and f (white arrow) Friss review: Orthmann-Murphy 2008

78 Oligodendrociták Rés-kapcsolatok a: In transverse sections of the pons, the large myelinated fibers of the medial longitudinal fasciculus (MLF) are Cx32-positive, whereas the surrounding smaller myelinated fibers are Cx29-positive. b: In the spinal cord gray matter, the same cell (arrowhead; also shown in the bottom two panels) has Cx29 and Cx32 immunoreactivity, but Cx29 is intracellular; it does not colocalize with Cx32 in GJ plaques c: Oligodendrocyte perikarya (*) in white matter express Cx47 but not Cx32; d: those in gray matter (neocortex) express both Cx47 and Cx32. Note that there is substantial overlap between the Cx32 and Cx47 signals (arrowhead; also shown in the bottom two panels). Myelinated sheaths (arrows) express abundant Cx32 but little Cx47. Orthmann-Murphy 2008

79 Oligodendrocita WendyMacklin.aspx Wendy Macklin (zebrafish ODC-GFP)

80 Oligodendrocita Fraktál: önhasonló, végtelenül komplex matematikai alakzatok, melyek változatos formáiban legalább egy felismerhető (tehát matematikai eszközökkel leírható) ismétlődés tapasztalható. A fraktáldimenzió segítségével meghatározható, mennyire szabálytalan egy fraktál görbe. A forma komplexitásának mérőszáma. Az igazi fraktál csak idealizáció Oligodendrociták önhasonlósága. A teljes sejten számolt fraktál-dimenzió nagyon hasonló a kisebb részletekben találtakkal. O4 pozitív sejtek image-analízise