Budapest Science Meetup: 2012. október

1. Ahol
a
gondolatok
laknak:
asztrociták
szerepe
az
idegrendszerben
2012.
10.18.
kornyei@koki.hu
Dr
Környei
Zsuzsanna
MTA
KOKI

2. Sejttípusok az idegrendszerben
neuroektodermális eredet
mezodermális eredet
(kivéve mikroglia)
idegsejtek neuroglia erek falát és agyhártyákat alkotó sejtek
(neuronok)
általában:
minden,
ami
nem
neuron...
asztroglia oligodendroglia mikroglia ependyma

3. γλια
A ‘GLIA’ felfedezése
glia (görög): ragadós
1858, Rudolf Ludwig Karl Virchow vezette be az elgondolást,
miszerint az agy is tartalmaz kötőszövetet, s ennek neve
neuroglia. Szerinte a glia az agy „passzív eleme”.
1821–1902, German doctor, anthropologist,
pathologist, prehistorian,
biologist and politician
1843–1926,
Italian physician, pathologist,
scientist, and Nobel laureate (1906)
Nobel lecture: The
neuron
doctrine
-­‐
theory
and
facts
1871, Camillo Golgi megfigyelte, hogy a gliasejtek
nyúlványokat nyújtanak a véredényekhez és azokon
végtalpakat létesítenek. Ő javasolta először, hogy a
gliasejtek metabolikus anyagokat továbbítanak az
erekből az agy-parenchimába (1875; 1894).

4. 1888, Ramon y Cajal fejlesztette ki az arany-klorid
szublimálásos technikát, ami specifikus volt a rostos és plazmás
asztrociták számára (e festés targetje IF, GFAP !)
1852-1934,
Spanish pathologist,
histologist, neuroscientist,
Nobel laureate (1906)

5. 1893, Lenhossék Mihály vezette be az asztrocita kifejezést.
Ő írta az első terjedelmes összefoglalást a gliasejtekről.
Állította, hogy a gliasejtek, melyeket oly sokan leírtak, egy
vegyes populáció, és valójában több sejttípusból áll.
1863-1937, was an Hungarian anatomist and histologist
uncle to Albert Szent-Györgyi (1893-1986)
Protoplazmás Rostos 1895, Albert von
asztrocita asztrocita Kölliker és Andriezen
leírták a rostos és
protoplazmás
asztrocitákat
fehérállomány
szürkeállomány
Rudolf Albert von Kölliker, 1817–1905, Swiss anatomist and physiologist

6. 1859-1922,
1894, Carl Ludwig Schleich ismerte fel, hogy a gliasejtek German surgeon
dinamikus, aktív szerepet játszanak az idegrendszer
működésében !
• Schleich hitte, hogy a gliasejtek és a neuronok egyenrangúak
és mindkettő aktív sejtes eleme az agynak.
• Schleich szerint az idegi aktivitás neuronról neuronra
intercelluláris réseken át terjed, melyek glianyúlványokkal
vannak kitöltve, melyek szabályozzák a hálózatban a
serkentést/gátlást.
• Felvetette, a
gliasejtek állandóan
változó térfogata
kontrollálja a
neuronális
kommunikációt.
Asztrocita-­‐neuron
kapcsolat:
Schleich
eredeL
rajza
Mark
Ellisman/Eric
BushongF
fotója

7. Asztrocita hGFAP-GFP

8. • Csillag alakúak Asztrocita
• Fő markere mindmáig : GFAP (gliális
fibrilláris savas fehérje)
• DE a GFAP expresszió
nagyon varábilis
Minden Bergmann-glia GFAP+, de a
cortexben és HC-ban az asztrocitáknak
csak ~15-20 % - a GFAP+ (felnőttben) !!!

9. GFAP Asztrocita hGFAP-GFP
Hoechst - sejtmag
GFAP festés: az asztrocita térfogatának csak kb. 15%-át adja ki

10. Asztrocita
Brainbow
Jeff Lichtman (Harvard University)

11. Philip
Haydon
A,
3
asztrocita.
Különböző
B,
egyetlen
asztro
is
koordinálhat
neuronális
kompartmentumokat
pl.
egy
több
dendritből
álló
más-­‐más
asztro
kontrollálhat.
csoportot
Halassa
2007
Reichenbach
2010

12. neuron: glia arány neuron: glia arány
2:3 (1:10) (1:1) ember 2,5:1 patkány cortex
3:1 (1:1) rágcsálók 1:1,65 humán cortex
6:1 C. elegans (nematóda)
25:1 pióca
humán asztrocita plazmás asztrocita territóriumában
2-3X nagyobb, 10X több nyúlványa van rágcsáló: ∼20,000–120,000 szinapszis
ember: ∼ 2 millió szinapszis
Verkhratsky, Parpura, Rodríguez 2011

13. 1960, Stephen William Kuffler
-­‐ piócából
asztrocitát
izolál
+
K+
-­‐
glia
is
elektromos
választ
ad
-­‐
neuronális
akEvitást
glia
érzékeli:
1966,
Orkand
RK,
Nicholls
JG,
Kuffler
SW
Effect
of
nerve
impulses
on
the
membrane
potenLal
of
glial
cells
in
the
central
nervous
system
of
Amphibia.
J
Neurophysiol
29:788–806.
térbeli
pufferelés
(K+
eltávolítás)
gliasejtek
kapcsoltak
„triparLte
synapse”
3
tagú
szinapszis
Orellana
2009

14. Kapcsoltság
Barrel-­‐cortex
szomatoszenzoros
kéreg
300
um
slice
50
um
slice
Houades,
Giaume
2008
Bajusz-­‐szőr
sEmuláció
neuronális
szignálra
!!
Matyash,
Ke_enmann
2010
Ca++
jel
asztrocitákban

15. tovaterjedő
Kapcsoltság
intercellluláris
Ca++
hullám
Neuronális
akciós
kalcium
hullám
„átugrik”
a
sejtmentes
sávon
potenciál:
ms
GLIA
Szincícium
?
Asztro
Ca++
Hálózat
!
hullám:
sec-­‐min
ATP
IP3
Hassinger
1996

16. „TriparLte
synapse”
Asztrociták
szinte
minden
receptort
expresszálnak,
amit
a
neuronok:
lokálisan
azt,
amit
az
adok
környezet
adok
idegsejtjei.
Sőt:
térbeli
szegregáció:
pl.
gátló
szinapszisok
közelében
Bergmann
gliában
inkább
GABA
receptorok
koncentrálódnak.
NEUROTRANSZMITTEREK
Glutamát
–
serkentő,
GABA
–
gátló
Gliális
TRANSZPORTEREK
Glutamát
pl.
Glutamát
transzporterek
Glutamin
ciklus
GLIOTRANSZMITTEREK
Glutamát,
GABA,
ATP

17. Gliotransz-­‐
mikerek
Vezikuláris
release
(exocitózis)
Ca++
függő
!
ELMI:
szinapEkus-­‐szerű
mikrovezikulák
(SLMVs)
asztrocitában
(hippocampus)
méretre
és
formára
is
hasonlítanak
a
szinapEkus
vezikulákhoz
Volterra,
Meldolesi
2005

18.
Intercelluláris
Ca++
hullámok
:
-­‐
normál
felnők
agyban,
in
vivo
:
???
-­‐
in
vitro
-­‐
in
vivo
a
fejlődő
agyban
-­‐
specializált
szövetekben
(pl.
reEna)
-­‐
patológiás
esetekben
(pl.
Alzheimer
kór,
epilepszia
)
ha
szinapEkus
akEvitást
gátolják
és
fesz.függő
Ca++
csatornákat
blokkolják
neuronokon
akkor
is
kilakulhat
lassú
neuronális
depolarizáció:
„photolysis
of
caged
Ca2+”
elegendő
gliális
Ca++
szint
növekedés
kiváltásához
gliális
Glutamát
release
epilepEkus
akEvitás
h_p://www.rikenresearch.riken.jp/eng/research/7018

19. Neuronális
Hálózatok
és
Viselkedés
Gliális
kontrollja
Alvás
korai
kutatása:
vér,
CSF
transzfer
alvó
állatból
éberbe:
sikertelenek
–
de
kiderül,
• ébrenlét
–
adenozin
szint
hogy
agyban
lokálisan
termelődő
faktorokról
progresszívan
nő
van
szó:
„sleep
factors”.
Adenozin
is
egy
endogén
„sleep
factor”
(2002,
2003
Porkka-­‐Heiskannen
•
alvás
alak
–
leapad
et
al):
Asztrocita
eredetű
adenozin
viselkedési
mintázatokba
is
beleszól
!
Transzgenikus
egér
létrehozása,
melyben
nincs
gliotranszmisszió.
wild
type
no
gliotransmission
Halassa
2009

21. E9
Radiális glia
*
E8
pseudostraEfied
epithelium
http://www.med.unc.edu/
embryo_images
E8-9 egér
* * velőcső

22. Radiális glia őssejt !!
Guerrier
2007
radiális rost
migráló
neuron
Rakic P. 1972, J. Comp. Neur. 145: 61-84 Noctor,
Kriegstein
et
al
2001
InterkineEkus
magvándorlás
!

23. Felnőtt SVZ glia
őssejt !!
SVZ
=
szubventrikuláris
zóna
A sejtek: fiatal neuronok
B sejtek: asztrocita-sajátságú sejtek
C sejtek: highly proliferative C cells
E cells: ependymasejtek
LV: laterális kamra
Garcia-Verdugo, Doetsch, Wichterle, Lim, Alvarez-Buylla, 1998
Alvarez-Buylla and Garcia-Verdugo, 2002

24. Felnőtt SGZ Hippocampus
glia őssejt !! SGZ
=
szubgranuláris
zóna
GFAP/PSA-NCAM
McCaffery 2006, Alvarez-Buylla 2002, Seri 2004

25. Decimo
2012
“studies
that
directly
invesEgated
the
effect
of
depleEon
of
adult-­‐born
DGCs
on
an
animal’s
cogniEve
ability
have
generated
inconsistent
results”
“Hippocampal
neurogenesis
in
humans
is
affected
by
various
neurological
disorders,
including
depression,
epilepsy,
cerebral
ischaemia,
Alzheimer’s
disease
and
Parkinson’s
disease,
many
of
which
are
associated
with
cogniEve
decline.”

26. GFAP: gliális fibrilláris savas fehérje (IF) Asztrocita
Hoechst
• vér/agy gát (asztroglia-endotél)
• liquor/agy gát (asztroglia-ependima)
• glia limitans (asztroglia-pia mater)

27. Neurovaszkuláris
kapcsoltság
Neurovaszkuláris
unit
(NvU)
NVU
Cardoso
2010
Neuwelt
2011

28. Neurovaszkuláris
kapcsoltság
Agyi
mikrocirkuláció
szabályozása
Funkcionális
hyperaemia:
lokális
neuronális
akEvitás
esetén
gyorsan
nő
a
lokális
agyi
vérellátás
1890,
Sherrington
AA:
arachidonsav
Asztrocita
Ca++
szignalizációjának
gátlása
szétkapcsolja
a
neuronális
akLvitást
az
ér-­‐tónus
szabályozástól
!!

29. GFAP
GFAP
funkciói
–
sérülés,
hegképződés
-­‐
reaksv
gliózis:
GFAP
upreguláció:
„gliális
hegszövet”
Sofroniew,
Vinters
2010
Cerebral
microinfarcts.
Alexander’s
disease:
GFAP
76
féle
mutációja
De
egérben
GFAP
KO:
rendben
van

30. Glia-­‐
patofiziológia
Alexander’s
disease,
AxD
1949,
Stewart
Alexander
astroglial
disease
!!
gyerekeket,
fiatalokat
érintő
ritka,
de
fatális
neurodegenerasv
megbetegedés;
ha
félévesen
jelentkezik
–
2-­‐4
év
túlélés,
ha
9
évesen
jelentkezik
–
8
év
túlélés;
van
felnő_
változat
is
-­‐
igen
ritkán
-­‐
a
fej
fokozatos
megnagyobbodása
(megalencephália)
-­‐
retardáció,
szpaszEcitás,
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
(α,β-­‐crystallin,
hsp27)
asszociáció
-­‐
ok:
GFAP
mis-­‐sense
mutációja,
többnyire
de
novo
mutáció,
nem
öröklö_
(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)
h_p://neuropathology-­‐web.org/chapter10/chapter10fLeukodystrophies.html

31. C. elegans glia
Teljes sejtszám felnőtt
hermafrodita C. elegans-ban:
959
302 neuron
50 glia (5 %)
24 sheath glia,
26 socket glia
Amphid: fő kemoszenzoros szerv (kutikula
beidegzett betűrődései). Minden amphid-
ot 12 érző neuron és 2 glia (kék/piros)
alkot. A gliasejtek egy csövet képeznek
(amphid channel), melyen át az amphid-
neuronok dendritjei elérhetik az érző- C: Red: sheath glia, green: neuronal cilia
Blue: socket glia
végződéseket (cilia).
Oikonomou,
Shaham
2011

32. Gliasejtek ablációja:
(lézeres mikrosebészet...)
- nincs neuronpusztulás
- de az érzőneuronok dendrit és
axonnövekedés zavart lesz