Idegrendszer sérülése ( insult to the NS ) gliomák 5. neurodegeneratív megbetegedések stroke, ischaemia 3. pszichiátriai megbetegedések 4. asztroglia mikroglia oligodendroglia Schwann sejt reaktív gliózis 1. mikroglia aktiváció 6. Waller-féle (Wallerian) degeneráció; demyelináció Általában: - asztro túléli neuronokat - asztro pusztuló/elpusztult neuronok környezetében aktiválódik - neuron nem tud asztroglia nélkül túlélni, demyelinált axon nem funkcionális - agy immunprivilegizált terület: csak mikroglia jelenti a belső immunvédelmet 2.
Reaktív gliózis Reaktív gliózis: komplex asztroglia válasz, mely asztrocita hipertófiában/ proliferációban nyilvánul meg (bármilyen is az inzultus típusa) Kálmán Mihály!
Reaktív gliózis Proliferáló sejtek 3 nappal az ischaemiás lézió után. Hiperplázia Hyperplasia mikroglia Új asztrocita forrása: - érett asztro osztódása - asztro prekurzorokból reaktív asztro - NG2 sejtekből asztro irányú differenciáció - radiális gliából asztro irányú differenciáció asztroglia Wang, Walz et al. 2004
Reaktív gliózis A, B, stab wound injury után 3-7 nappal hipertóf asztrok C-E, GFAP- EGFP asztrok, D ábrán a szúrt csatorna környéki elongált asztrocita Robel, Magdalena Götz et al. 2011
Reaktív gliózis A, B: GFAP+ sejtek 7 nappal TBI (tarumatic brain injury) után C: sham injured kontroll D: talamusz is reaktív a piston device was unilaterally driven 3.0 mm into the somatosensory cortex at a speed of 3.2 m/s. Dunn-Meynel, Levin 1998
Gliapatofiziológia Reaktív gliózis asztroglia penetrating ballistic brain injury (PBBI) Williams 2007
Reaktív gliózis 5 nappal egy egyszeri i.p. kainát (KA) injekció után hippocampus CA1-ben erős gliotikus reakció figyelhető meg (A-B-C-D). A KA injekció rohamokat vált ki, ami 3 napon belül komoly neuronvesztéshez vezet (3 napon belül 3-nál több rohamot kapó patkányok esetén a piramissejtek több mint 60%-a elpusztul). Hipertrófia! Hypertrophy Jabs, Paterson, Walz 1997
Reaktív gliózis 4 nappal sérülés után Kontralaterális oldal Ipszilaterális (sérülési) oldal Wilhelmsson, Pekny et al 2006 Unilaterális enthorinális kéreg sérülése asztrocita aktivációt okoz a hippocampusban (külső és középső molekuláris réteg, gyrus dentatus, szürkével) Hipertrófia! Hypertrophy
Wilhelmsson, Pekny et al 2006 Glia- patofiziológia Reaktív gliózis 4 nappal sérülés után molecular layer of the dentate gyrus 4 days after entorhinal cortex lesioning
Reaktív gliózis Agykéreg elektromos léziója Hipertrófia - fő nyúlványokban! - asztro által elfoglalt térfogat - asztrociták átlapolódása nem változik Wilhelmsson, Pekny et al 2006
Reaktív gliózis mikroelektród körüli gliareakció Potter, Capadona 2012 Deep Brain Stimulation (DBS) 'a pacemaker for the brain gliareakció talamuszba épített elektródok körül Parkinson s disease, Alzheimer s disease, cluster headaches, chronic pain, dystonia, epilepsy, stroke, Tourette s syndrome, obsessive-compulsive disorder, and depression - kezelésére fejlesztett műtéti eljárás: kívülről, a páciens aktuális igényei szerint vezérelt módon külső elektromos ingerek bevitele az agyba. Bizonyos neuromuszkuláris betegségeknél már van FDA engedély, USA. http://biomed.brown.edu/courses/bi108/ BI108_2008_Groups/group07/what_is_dbs. html
Reaktív gliózis GFAP KO és/vagy vimentin KO egér: - hegképzés sokkal lassabb - szöveti átrendeződés, hegesedés kevésbé szervezett - agyi trauma gyógyulása lassabb gliózis csillapítása nem is biztos, hogy olyan jó ötlet
Reaktív gliózis Glia aktiváció lépései Sofroniew, Vinters 2010
Reaktív gliózis a sérülés környékén tehát asztrocita hipertófia, proliferáció glia hegszövet (glial scar) alakul ki anizomorf gliózis (morfológiai változások) teljes szöveti átrendeződés reaktív glia chondroitint, keratint, mukopoliszacharidokat termel: axonális regenerációt gátolja (nonpermissive scar) a sérüléstől távolabbi területeken a reaktív változások finomabbak izomorf gliózis (morfológia megőrződik) ez esetben nincs nagymértékű szöveti átrendeződés itt glia neuritnövekedést (sprouting!) és szinaptogenezist (neuronal remodelling) támogatja - NGF, FGF, citokin, interleukin neuroprotektív faktorok termelése: neuron-halál késleltetése - extracelluláris mátrix és sejtadhéziós molekulák: axon-növekedés támogatása
Reaktív gliózis Glia aktiváció szignáljai: - sérült sejtekből ATP, glutamát, endothelin, TNFa, interleukinok, CNTF, thrombin Sofroniew, Vinters 2010
Wallerian degeneration PNS NMJ ép, myelinált motoneuron 1816-1870, Augustus Waller brit neurofiziológus; 1850, axonsérülés utáni idegdegeneráció leírása a folyamat lényegesen különbözik a PNSben és CNS-ben 1. Axon degeneráció 2. Axon regeneráció 3. Reinnerváció Verkhratsky, Butt 2007
PNS Wallerian degeneration Toluidin kék festés.. Normál perifériás ideg. Wallerféle degeneráció: axon és myelin fragmentáció. http://neuropathologyweb.org/chapter12/chapter12neuropathy.html Myelin festés.
Wallerian degeneration PNS A) Bazális laminával (nyílhegy) körbevett Schwann sejt intakt axont myelinál. B) 7 nappal sérülés után axon szétesett, Schwann sejtek (S) és egy makrofág (m), a bazális laminán belül helyezkednek el (sötét nyilak), myelin fragmentumokat és lipid cseppeket tartalmaznak (fehér nyílhegy) Rotshenker 2011
Wallerian degeneration PNS 2. Axon regeneráció a proximális axonok sarjadzanak (axonal sprouting) a demyelinált (és osztódással keletkező új) Schwann sejtek rendezett oszlopokban maradnak (nőnek) az endoneurium azaz a myelinált ideget borító kötőszövetes csatorna mentén, mely megmarad egyfajta csatornaként: ezek a Schwann sejtek alkotják a band of Büngner t (Büngner szalagok): ezek vezetik meg az újranövő axont (új) Schwann sejtek fogadják a sarjadzó új axon(okat) és elkezdenek myelinálni Bruce M. Carlson: Principles of Regenerative Biology
Wallerian degeneration From the lecture of Lawrence P. Schramm, John Hopkins Univ.
Wallerian degeneration PNS 3. Reinnerváció - izmok reinnervációja - neuromuszkuláris kapcsolatok újra kialakulnak periszinaptikus Schwann sejtek segítségével - regenerálódó axonok remyelinizációja (bár myelinhüvely vékonyabb és rövidebb lesz) ethidium bromide (EB) http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=s0004-282x2010000500021
Intraoperatív képek, perifériás idegsérülés Glia- patofiziológia Wallerian degeneration PNS Kang, Zamorano, Gupta 2011 A, Több ín és egy ideg elszakadt. B, 5 ín sebészei kezelése után a nervus medialis-t is előkészítik C, epineurális repair E9-0 nylon varrattal D, collagen nerve wrap and fibrin glue.
Epineural Repair Nerve Graft Fascicular Repair
Wallerian degeneration CNS ép, myelinált axon 1. Axon degeneráció mikroglia aktiváció, makrofágok: korai damage szignál gyulladásos reakciók! 2. Abortált újranövekedés 3. Regeneration fails Verkhratsky, Butt 2007
Wallerian degeneration - CNS-ben is van valamiféle axon-regeneráció : axon-sprouting Representative photomicrographs of sprouting dopaminergic (DAT, dopamine transporter) fibres in A) Wound region of animal implanted with microspheres with covalently attached albumin. Relatively few DAT positive sprouting fibres course beyond the wound edge. ( 10). B) Wound region of animal implanted with spheres with covalently attached BDNF and GDNF. Large numbers of DAT positive sprouting fibres course beyond the wound edge and deep into the sphere implanted region. Of the axons which grow beyond the wound edge, most reach the middle of the implant ( 10). C-D) Higher magnification image of sprouting fibres between BDNF and GDNF microspheres. Batchelor 2008
Wallerian degeneration Gliális hegszövet : reaktív asztroglia és kötőszöveti elemek zöld: bizonyítottan axonnöv. gátló faktor in vivo Axonnövekedés gátlása CNS-ben 2. 1. Myelin asszociált gátló molekulák: normál és sérült szövetben kb. hasonló szinten vannak jelen (nincs okvetlenül upreguláció) CNS Sérülés után upregulált molekulák hegszövetben: tenascin, semaphorin 3, ephrin-b2, slit proteins, chondroitin sulfate proteoglycans (NG2 proteoglycan, phosphacan, brevican, neurocan, versican ) protein core + large, highly sulphated glycosaminoglycan (GAG) chains különösen azokon a területeken nő meg expressziójuk, ahol BBB is sérül vagy a denervált területeken a perineuronal net területén perineuronal net Nogo-A (neurite outgrowth inhibitor protein és receptora NgR); MAG=Myelin associated glycoprotein; OMgp=Oligodendrocyte myelin glycoprotein upreguláció: 24h-6 hónap tehát trauma helyétől távol is lehet gliózis, degenerálódó axonkötegek végén http://128.146.132.241/viapianolab/research_molecules.htm
Wallerian degeneration CNS CNS regeneráció elősegítésének stratégiái - gyulladásos folyamatok csillapítása - lokális növekedési faktor koncentráció növelése, axonnövekedés serkentése: NT-3, NGF, BDNF, GDNF bevitele, NGF gliális overexpressziója, NGF termelő fibroblasztok bevitele axonburjánzás nő, de sérülés területét így sem hagyják el - gátló ECM megváltoztatása: pl. proteoglikánok elleni ellenanyagok injektálása vagy lebontó enzimek bevitele/expresszáltatása some improvement - ezek kombinációi hatékonyabbak - PNS nerve bridges chondroitinase ABC (CABC) reaktív asztro által lerakott: CSPGs emésztése (GAG levágása bár egyesek szerint maga a CSPG protein is gátló) phosphatidylinositol-specific phospholipase C (PI-PLC): Nogo-A receptorát, NgR- távolítja el axonokról sialidase : MAG sialoglycan receptorait teszi tönkre axonon
PNS nerve bridges gerincvelő From the lecture of Lawrence P. Schramm, John Hopkins Univ. Campos Neuroreport 2004
From the lecture of Lawrence P. Schramm, John Hopkins Univ. Campos Neuroreport 2004
From the lecture of Lawrence P. Schramm, John Hopkins Univ. Campos Neuroreport 2004
From the lecture of Lawrence P. Schramm, John Hopkins Univ. See: Smith 2011 Construction of pathways to promote axon growth within the adult central nervous system. Campos Neuroreport 2004
Wallerian degeneration CNS - fontos kérdéskör: proinflammatorikus és anti-inflammatorikus anyagok szekréciója mikroglia/makrofágok által : neurotoxikus vs neuroprotektív folyamatok!! Fitch, Silver 2008 Wound healing, secondary damage, and abortive regeneration in the CNS: the lesion cavity of a central nervous system injury expands as inflammatory cells interact with the surrounding reactive astrocytes and other reactive glial cells. This region of glial scarring is associated with upregulation of inhibitory extracellular matrix molecules, such as proteoglycans, that are distributed in an increasing concentration gradient from the lesion penumbra to the lesion center. This intense inflammatory response leads to a cascade of secondary damage to axons initially spared from direct trauma, and demyelination of adjacent axons that are not readily re-myelinated by adult oligodendrocytes and precursor cells. The gradient of inhibitory molecules upregulated in the areas of intense inflammation provides an environment that is nonpermissive for regeneration, and dystrophic neurons develop the classically described sterile end-balls with clubbed endings that are characteristic of abortive attempts at regeneration.
Wallerian degeneration CNS a) embrionális fejlődés alatt nem-myelinált axonok dinamikusan nőnek/visszahúzódnak trofikus és guidence molekulák szerint vezérelve b) születés után myelinizáció, ODCk meggátolják aberráns axon-sprouting-ot, asztro további axonnövekedés gátlást okoz CSPG szekréció által c) CNS sérülés után asztrogliális CSPG szekréció nő, ODC és myelin-debris eredetű myelinasszociált axonnövekedést gátló hatások EphA4, the cognate neuronal receptor for ephrin B3; MAG, myelin-associated glycoprotein; NgR, Nogo-66 receptor; OMgp, oligodendrocyte myelin glycoprotein; Trk, tyrosine receptor kinase. Yiu, He 2006
Wallerian degeneration CNS - gerincvelő gerincvelő gyertyagyujtas.hu motorosok Neumann 1999 Yiu, He 2006 A quarter of spinal cord injured patients will develop an enlarging spinal cord cyst between 2 months and 30 years after their initial injury. These cysts can cause progressive weakness and numbness, but current treatments improve less than half of patients. Potter 2003 MRI in a patient who suffered a hyperextension injury at the C3/4 level showing a well-defined post-traumatic spinal cord cyst.
Gliapatofiziológia agyi vérerek sérülése agyvérzés (haemorrhage) agyi vérellátás problémái Stroke és ischaemia hiányos agyi vérellátás lokális érelzáródás (trombózis, embólia) vagy szisztémás vérellátás csökkenése (szívinfarktus) agyi ischaemia globális - átmeneti szívleállás következménye - agyi vérellátás: normál ~ 8 ml/g/min 0 ml/g/min - 10-15 mp-en belül eszméletvesztés - 30-40 mp-en belül agyi elektromos tevékenység leáll - ha 10 percnél tovább: halál - ha rövidebb: szelektív neuronpusztulás és gliaaktiváció agy : 1,3-1,4 kg fokális - ischaemiás stroke - lokális véráramlás gátolt: ez infarktushoz vezet core: 1 ml/g/min alatt; pan-nekrózis (minden sejttípus pusztul); perceken-órákon belül kialakul penumbra: 2-4 ml/g/min; még élő sejtek, glia-aktiváció http://brainmind.net/brainlecture12.html
Stroke és ischaemia core régióban: 1. anoxiás depolarizáció, neuronok nem tudják fenntartani a transzmembrán iongradienseket: Na+ és Ca++ influx, K+ efflux perceken belül 2. Ca++ influx miatt masszív Glu release: glutamát excitotoxicitás :NMDAR-on át Ca++ influx depolarizáció feszültség-függő Ca++ csatornák nyitása Ca++ overload proteolitikus enzimek aktivációja ÉS Ca++ akkumuláció mitokondriumban, mely szintén depolarizálódik ATP szintézis gátlódik nagy permeabilitású mitokondriális permeability transition pore (MPT) nyílik mitokondrium swelling, teljes működésleállás 3. párhuzamosan az EC környezet savanyodik (ph: 6,5) neuronok 4. neuronpusztulás
core régióban: Stroke és ischaemia oligodendrociták - ODC prekurzorok és ODC is nagyon érzékeny ischaemiára és glutamát excitotoxicitásra - ODC-ben a toxikus Ca++ load főleg AMPA/KA aktivációval kezdődik: ODC AMPAR Ca++ permeábilis (nem tartalmaz GluR2-t) sőt ODC myelinhüvelyen NMDAR is lehet (direkt myelinpusztulás!!) ÉS depolarizáció indukálta Ca++ release IC. raktárokból is (lásd korábban!) asztrociták - a legkevésbé érzékenyek: 10 perces ischaemiát sok asztro túlél (amit neuronok már nem!!) - de hosszabb inzultus esetén már asztro is pusztul : érzékenyek ec. savasodásra és reaktív oxigén szabadgyökökre tejsav nagyon jó proton-donor lásd még:tejsavas acidózis - asztro képes anaerob glikolízisre is: glükózból laktát keletkezik, ez savasodással jár, mely már gátolja gliális ATP termelést és ez 15 percen belül megöli asztrot is: érdekes tény, hogy hiperglikémia pont emiatt súlyosbítja az ischaemia hatását!!
Stroke és ischaemia Asztrociták neuroprotektív hatásai ischaemia esetén 1. elsősorban asztrociták védenek a glutamát excitotoxicitás ellen: nagy Glu uptake kapacitás, melyet anaerob ATP termelésük révén tovább fent tudnak tartani, mint más agyi sejtek 2. asztrociták a reaktív szabadgyökök eltávolításában is fontosak: magas glutathione és aszkorbinsav tartalom (ROS scavengers) in vitro kísérletek: asztro jelenlétében neuronok védettebbek ROS toxicitás ellen in vitro kísérletek: asztrot kiveszik neuron/asztro kokultúrából: Glu toxicitás 100x nő! asztro neuron 3. asztrociták anaerob metabolizmusának termékei (laktát, alanine, a-ketoglutarát) neuronok számára is energia-pótlást jelentenek 4. K+ eltávolítás csökkenti a neuronális depolarizáció mértékét 5. később reaktív glia leszigeteli a sérült területet: véd külvilág ellen, védi épen maradt részt!!!!
Stroke és ischaemia Asztrociták súlyosbíthatják az agy károsodását ischaemia esetén 1. nagyon nagy glutamát raktárak (akár 10 mm [Glu] ic is) súlyos hypoxia/hypoglikémia esetén: Glu release glu transzport megfordulás ATP hiány esetén [Ca++] ic növekedés okozta vezikuláris Glu release ic. savasodás okozta hemichannel nyitás elpusztuló neuronokból származó ATP okozta P2X7 csatorna nyitása agyi ödéma okozta volumesensitive csatornák nyitása 2. az infarktus core régiójának progressziója a penumbra régióba - ez egy lassú, sok napig tartó folyamat lehet - aberráns, tovaterjedő Ca++ hullámok glia-hálózaton belül: ez glutamát releaset okozhat távolabbi területeken is! - spreading depression
1944, Aristid Leao írta le Spreading depression a wave of electrophysiological hyperactivity followed by a wave of inhibition, usually in the visual cortex - silencing of brain electrical activity - depolarizációs hullám, mely 1.5-7,5 mm/min sebességel terjed a szürkeállományban - ami kiválthatja: magas EC K+ vagy glutamát koncentráció, mely fokozott aktivitás vagy mechanikus/ischaemiás sérülés következménye normál 1. [K+] ec először lassan nő 2. [K+] ec meredeken nő (akár 80 mm-ra) 3. [Ca++] ec drámaian csökken (tizedére), EC tér zsugorodik (akár felére) és közben ec. ionok sejtekbe belépnek, neuron is duzzad 4. neuronális aktivitás gátlódik közben - [K+] ec növekedés kb 1-2 percig tart 5. utána sejtek repolarizálódnak, és visszaáll az eredeti ionegyensúly: neuronok 3-5 percen belül visszanyerik izgathatóságukat és az egész újra megismétlődhet kb 10 perc múlva egészséges agyban spreading depression alatt a glükóz- és oxigénigény növekedését a vérátáramlás növekedése kíséri, ami akár a kontroll 200%-át is elérheti normál szövetben nincs károsodás, bár ha nagyon gyakori, akkor okozhat gyengébb mikroglia/asztroglia-aktivációt. Migrén!! Glia-network-höz van köze: GJ gátlás gátolja. Mégsem azonos a gliális Ca++ hullámokkal!
Spreading depression Intrinsic optical imaging Light transmittance (LT) changes measured in a coronal slice of rat neocortex in response to successive 1.5- min exposures of 26 mm K+ at 3:00 4:30, 19:00 20:30, and 34:00 35:30. Note the focal initiation of SD in layers II/III at 4:45, 20:52, and 35:45 (*) at several sites and then propagation across the gray matter. Signal returns to baseline after each K exposure. Inset (left): details of the image captured at 35:50 including layers II/III and white matter (WM). Anderson, Andrew 2002
Spreading depression??? Scintillating scotoma: acephalalgic migraine, migraine aura without headache!!! http://en.wikipedia.org/wiki/scintillating_scotoma
Spreading depression ischemiás - agyvérzés, ischaemia, traumás agysérülés kiválthatja - kísérletesen K+, Glu-, Na+pumpa gátlók, epilepszia, hypoxia, hypoglikémia, ischaemia kiválthatja - egészséges szövettel szemben ischaemiás esetben: spreading ischemia, mivel a vérellátás éppen hogy rosszabb lesz: terjed a a lézió - a spreading depresszió hullámai 10-15 percenként követik egymást a penumbra régiótól kifelé terjedve: minél több hullám, annál rosszabb outcome végső soron: ec tér savanyodik, ahogy glia laktáttal együtt protonokat pumpál ki ez asztro pusztuláshoz vezet ez EC K+ akkumulációhoz vezet depolarizáció, spreading depression gliális glutamát release további neuronpusztulás további EC K+ növekedés és ATP release asztro swelling mely tovább növel EC K+ és glutamát szintet...
Citotoxikus agyi ödéma koponyaűri nyomás növekedése perceken belül óriási károkat okoz 1. vazogén ödéma 3. celluláris ödéma = citotoxikus ödéma BBB sérülése miatt víz jut parenchimába a víz a parenchima sejtjeibe jut 2. intersticiális ödéma liquor keringés zavara főleg asztrocitákat érinti gyors asztro-duzzadásnak sok másodlagos hatása lehet erek kompressziója, limitált vérellátás fokális ischaemia utáni reperfúzió esetén emiatt az erek telítődése rosszabb: no-reflow phenomenon volume-regulált ioncsatornák nyitása glutamát, K+ release excitotoxicitás EC tér szűkülése még nagyobb EC K+ és glutamátkoncentráció növekedés
Citotoxikus agyi ödéma ischaemiás ödéma - asztro 30 percen belül jelentősen megduzzad: EC térfogat felére csökken - EC K+ és Glu szint növekedése, majd asztroba jutása okozza a passzív vízbeáramlást traumás ödéma - 30-40 perccel sérülés utáni poszt-traumás agyi ödéma alakul ki - ez esetben vaszkuláris komponens fontos - asztro duzzadás fentihez hasonló - csillapítása: ozmoterápia (mannitol, diuretikumok) és sebészeti dekompresszió hepatikus enkefalopátia - májműködés meghibásodása (súlyos is lehet: tudatvesztés, kóma..) toxikus termékek vérbeni felszaporodása miatt: NH4+ megnő asztroban glutamin akkumulálódik ozmotikus nyomás nő duzzadás... hyponatremia - ha plazma Na+ szintje 120 mm alá esik (veseműködés ha leáll) hipozmotikus sokk az idegrendszernek gyors asztro duzzadás ez gyorsan agyi ödémához vezet, és ez lesz a halál oka!! (de jól kivédhető elektrolitokkal)
Normál öregedés Kognitív hanyatlás - sokáig azt gondolták, ez csak neuronszám-csökkenés miatt van úgy tűnik, nem! - öregedéssel asztrociták kisebb/nagyobb mértékben gliózis-szerűen aktiválódnak - öregebb agyban magasabb a GFAP és S100b szint: humán HC-ban 65 év felett kifejezetten! senescence associated secretory phenotype (SASP) - úgy tűnik (de még kell adat), hogy asztrogliaszám nő, akár 20%-kal is - ODC és mikrogliaszám nem változik - senescence-associated b-galactosidase, a lysosomal hydrolytic enzyme - p16ink4a, an inhibitor protein of cyclin-dependent kinases - senescence-associated heterochromatin foci (SAHF) - flat morphology
Alexander s disease, AxD 1949, Stewart Alexander astroglial disease!! gyerekeket, fiatalokat érintő ritka, de fatális neurodegeneratív megbetegedés; ha félévesen jelentkezik 2-4 év túlélés, ha 9 évesen jelentkezik 8 év túlélés; van felnőtt változat is - igen ritkán - a fej fokozatos megnagyobbodása (megalencephália) - retardáció, szpaszticitás, konvulziók izom-merevség, görcsök - CT: a fehérállomány ritkulása - demyelináció, frontális lebenyek dominálása és kitágult laterális agykamrák - Rosenthal rostok asztrocitákban: GFAP overexpresszió és GFAP + stressz fehérjék (a,b-crystallin, hsp27) asszociáció - ok: GFAP mis-sense mutációja, többnyire de novo mutáció, nem öröklött (jelenleg 76 féle hgfap mutációt ismernek) (egér modell hasonló, de nem olyan súlyos tünetek) v.ö.: GFAP KO egér jól van!! - főleg demyelináció és talán BBB károsodása a fő probléma (Rosenthal rostok a perivaszkuláris asztro-végtalpakban) http://neuropathology-web.org/chapter10/chapter10fleukodystrophies.html
Alzheimer s disease Alois Alzheimer 1864 1915 német ideggyógyász; 1907-ben írja le a kórt - kognitív funkciók beszűkülése, magatartásváltozás, elbutulás (demencia), majd gyors biológiai leépülés - 65 év felettiek 5 %-át, a 80 év felettiek 20%-át érinti; Magyarországon kb. kétszázezer eset - amyloid plakkok (Ab42) érfalban és szürke-állományban és neurofibrilláris kötegek (neurofibrillary tangles; hiperfoszforilált tau felhalmozódása neuronokban) - komoly asztrogliózis reaktív asztrociták sűrűsége a kór súlyosságával erősen korrelál hipocampusban gliózis különösen erős AD esetén Ab40: Ab42 arány 10:1, de utóbbi sokkal inkább amyloidogén LaFerla 2007
Alzheimer s disease Atrophy-note wide sulci caused by narrowed [lost tissue] gyri The figure above shows a dark black neurofibrillary tangle stained with Bielschowsky silver stain Section of cerebral cortex of an amyloid senile plaque with a pale unstained center (Aβ) ringed by dense layers of reactive astrocytic processes (arrows) that circumferentially surround the plaque as if forming a scar-like barrier around it http://www.alz.org/braintour/healthy_vs_alzheimers.asp http://www.pathology.vcu.edu/wirselfinst/neuro_medstudents/dementias.html http://www.springerimages.com/images/medicineandpublichealth/1-10.1007_s00401-009-0619-8-6
Alzheimer s disease I. a betegség korai stádiumában az érintett neuronok túltermelik az amyloid hibás formáját és leadják - ezt az asztrociták detektálják, és visszahúzzák nyúlványaikat neuronok közeléből II. neuronális nyúlvány-degenerációhoz hozzájárul a glia-kapcsolat elvesztése - az asztrociták eltakarítják a neuronális törmeléke, közben akkumulálják az amyloidot a7nachr neuronális ACh receptor expressziója nő gliában: Ab42-nek ehhez nagy affinitása van ((kolinerg neuronok ezért nagyon sérülékenyek AD-ben)) úgy tűnik, nem mikro a fő Ab fagocitáló sejt, hanem asztro!
Alzheimer s disease az amyloidot akkumuláló asztrociták további nyúlványokat vonnak vissza neuronok támogatottsága tovább csökken III. neuronok és asztrociták is pusztulnak, ami plakkképződéshez és mikroglia aktivációhoz vezet majd további asztrok aktiválódnak, próbálják bekebelezni a plakkot stb stb http://ladulab.anat.uic.edu/
Parkinson s disease - mikroglia aktiváció és reaktív gliózis az érintett területeken, főleg substantia nigra (SN) ban - SN neuronok nagyon érzékenyek mikroglia aktivációra: talán ez kórok is lehet?? - valószínűleg asztro aktiváció csak másodlagos itt Amyotrophic lateral scleoris (ALS) 1869, Charcot írta le - az akaratlagosan mozgatható izmok beidegzése károsodik, a motoneuronok pusztulnak (degeneráció kéregben, agytörzsben, gerincvelőben) - az érintett izmok sorvadásnak indulnak; általában egy oldalon kezdődik a bénulás - főleg a felső végtagon és annak is a törzstől távolabb eső izmaiban - majd fokozatosan terjed felfele; a beteg fokozatosan mozgásképtelenné válik, majd a légzésbénulás miatt bekövetkezik a halál - csökkent glutamát eltávolítási képesség: gliális GLT-1 hiány!!!! - egérben GLT1-KO: hasonló tünetek - van sporadikus és örökletes ALS is: utóbbiban superoxid dismutase (SOD1) mutáció jellemző: oxidatív stresszre sérülékenyebb neuronok és glia és valamiképpen ez (még???) GLT-1 csökkenéshez is vezet
Szklerózis multiplex (MS) 1871, Hammond; 1877, Charcot: myelin elbomlás - gyulladásos demyelinizációs megbetegedés, CNS - oka örökletes és környezeti tényezőkben (fertőzés) keresendő - valószínűleg gyűjtőneve többféle demyelinációs kórképnek lokális gyulladás, autoimmunitás ODC nem pusztul, van remyelináció ODC pusztulással járó MS mindkét esetben a demyelináció helyén aktivált T limfociták vannak, BBB-n átjutva megtámadják antigén prezentáló sejteket (mely MS esetében myelináló ODC) Acute Disseminated EncephaloMyelitis Multiple sclerosis (MS)is also known as "disseminated sclerosis" Fehérállománybeli léziók MS kislánynál, MRI (A) 8 éves kislány akut enkefalopátiával diagnosztizálva (ataxia, tremor) (B) 1 év múlva, a beteg jól van, nincs újabb lézió (C) 2 év múlva, új léziók pl. agytörzsben (nyíl), periventrikuláris fehérállományban: MS (D) 4 év múlva, állapotjavulása nem olyan nagy, mint amennyire jobbnak látszik MRI képe (remyelinációs kapacitás csökken életkorral) Banwell 2007
Glia - patofiziológia Pl: adrenoleukodystrophy (ALD) - ritka, örökletes, fatális - leukodisztrófia : myelin megy tönkre (leuco=fehérállomány) - adreno: mellékvese is érintett - VLCFA (very long chain fatty acid) akkumuláció - X-linked, főleg fiúkban, multifokális agyi demyelinizáció 6-8 évesen (2 éves túlélés) - ABCD1 gén, ALP protein: peroxiszóma membrán transzporter, VLCFA degradációért felel mikrogliában és oligodendrocitákban csontvelő-transzplantáció VAGY: génterápia!! csak 1 gén érintett! Lorenzo Odone Lorenzo olaja című film 4 glyceryl trioleate + 1 glyceryl erucate (oliva és repceolaj) ezek a zsírsavak csökkentik a VLCFA szintet, mivel kompetitíven gátolja az azokat előállító enzimeket (erre Lorenzo szülei jöttek rá) Lorenzo 30 évesen halt meg Odone család Augusto Michaela Lorenzo Cristina Franceso
Charcot-Marie-Tooth disease (CMT) Örökletes perifériás neuropátiák többféle rendellenesség: közös bennük a perifériás beidegzés hibája myelin!! - lehet autoszomális recesszív demyelinációs neuropátia: ganglioside-induced differentiation associated protein I, GDAPI hibája: Schwann sejt-axon kapcsolat - lehet 17. kromoszóma duplikációja: gyors demyelinizáció és axondegeneráció (pl. PMP22 génje van itt) - lehet connexin 32 mutációja (PNSben ez a fő GJ protein) 2010: 39 gén mutációja - lehet Roussy-Levy szindróma: tremor és alsó végtagok gyengesége, stb: valószínűleg P0 fehérje mutációja (lásd korábban!!) - lehet hereditary neuropathy with liability to pressure palsies (HNPP): PMP22 gén érintett 17. kromoszómán (myelinhüvely stabilizálása) - lehet congenital hypomyelinating neuropathy (CHN): myelinképződés defektusai, pl. periaxin hibája vagy dystrophiné
Lepra Mycobacterium leprae Schwann sejteket fertőzi és bennük jól szaporodik :végül Schwann sejt pusztulás majd axon-degerenáció Rambukkana 2001 It is widely believed that a specific M. leprae Schwann cell affinity is likely to determine the neural tropism of the disease. (a) A fluorescence micrograph of a tranverse section of sciatic nerve, revealing the laminin α2 chain expression around each Schwann cell axon unit, is shown on the left. (b) An electron micrograph of a Schwann cell in sciatic nerve, depicting the basal lamina (BL) just outside the Schwann cell membrane (M) in situ, is shown on the left. A model representing the involvement of the G domain of laminin-2 and α- dystroglycan with a high content of carbohydrates (CH) in M. leprae Schwann cell interaction is shown on the right.
Epilepszia Neuronális hálózatok abnormális szinkronizálódása ( hypersynchronous neuronal activity ), mikor sok neuron egyszerre tüzel az epilepsziás gócban. Krónikus neurológiai rendellenesség. Epilepszia (sejtszintű) alapja: - hirtelen kialakuló lassú neuronális depolarizáció: paroxysmal deloparization shift, PSD - normál EPSP-nél lassabb, 50-200 ms The first change in the pallidum (T2, contacts X7 8) appeared with the spread of epileptic EEG activity from the seizure onset zone in the hippocampus (contacts B1 4 and C1 4). Rektor 2010 - AMPA/NMDAR nyitása indíthatja el ezt a Ca++ mediált depolarizációt, ami fesz.függő Na+ csatorna nyitáshoz vezet, ami akciós potenciált generál - ha sokáig elhúzódik: seizure, roham asztrocita reaktiváció epilepsziás gócban de talán funkciónális szerep is!!
Epilepszia Tian et al. 2005 ha szinaptikus aktivitást gátolják (TTX) és fesz.függő Ca++ csatornákat blokkolják neuronokon akkor is kilakulhat PSD: gliális Ca++ szint növekedés: photolysis of caged Ca2+ elegendő PSD kiváltásához gliális Glu release epileptikus aktivitás Tian 2005, Rogawski 2005 2005 után: rengeteg asztro-diszfunkció epilepsziás szövetekben és kísérletes rendszerekben: - K ir csatorna downreguláció - GJ downreguláció lásd Seifert 2009 next page - AQP4 csatornák diszlokációja (hibás kihorgonyzás disztrofinokkal) - gliális glutamát-transzporter downregulácó - gliális glutamin synthase downreguláció - asztro ic Ca++ szint növekedése megnövkedett mglur5 receptor expresszió miatt - csökkent EC adenozin szint (megnövekedett gliális adenozinkináz expresszió) - IL-1β és TNFα expresszió gátolja glutamát uptaket, növeli Glu leadást asztroból, növeli Cx43 hemicsatornák nyitását