A ‘GLIA’ felfedezése "omnis cellula e cellula" minden élő sejt egy másik élő sejtből keletkezik (eredetileg Francois Raspail-tól (1794-1878) származó idézet, melyet később Rudolf Virchow (1821-1902) népszerűsített )
korai 17. század, elkezd terjedni az elképzelés, miszerint minden szövet és szervezet elemi egységekből épül fel. A gondolatot többen hirdették, pl. Pierre Gassendi és Robert Boyle. 17. század, az első mikroszkópok elterjedése és használatba vétele - pl. Robert Hooke, Marcello Malphigi, Nehemiah Grew
1665, Robert Hooke mikor a paratölgy finom struktúráját vizsgálta, ismétlődő struktúrákat figyelt meg, melyek a szerzetesi cellákra emlékeztették – így született meg a “cell” kifejezés 1635-1703, English natural philosopher, architect and polymath
A ‘GLIA’ felfedezése 1673-1696, valószínűleg Antonius van Leeuwenhoek fedezte fel az első állati sejtet. Ő látott először egy perifériás szabályos szerkezetét egy szaggitális metszeten 1632-1723, Dutch tradesman and scientist
“Often and not without pleasure, I have observed the structure of the nerves to be composed of very slender vessels of an indescribable fineness, running lengthwise to form the nerve” Leeuwenhoek rajza
“Nerves (BCDEF),”composed by many “vessels” in which “the lines or strokes denote the cavities or orifices of those vessels. This Nerve is surrounded, in part, by five other Nerves (GGGGG)” in which only “external coats” are represented.
A ‘GLIA’ felfedezése 1797, Felice Fontana metszeteket készített idegekből és körkörös struktúrákat talált bennük 700x nagyítás mellett. Ő találta ki, hogy viasz modelleket lehet készíteni a szervekről oktatási célokra.
1730-1805, Italian physiologist
1831, Robert Brown fedezte fel a sejtmagot. Róla nevezték el a Brown mozgást (pollenszemcsék mozgását figyelte meg vizes oldatukban. A jelenséget később Einstein magyarázta meg 1905-ben – a láthatatlan vízmolekulákkal való ütközést..)
1773 -1858, Scottish botanist and palaeobotanist
A ‘GLIA’ felfedezése 1838, Robert Remak leírta a (myelin) hüvelyt az egyedi idegrostok körül. (Remak sejtek: olyan Schwann sejtek, melyek nem myelinálnak) 1815-1865, Polish/German embryologist, physiologist, and neurologist
1839, Theodore Schwann javasolta, hogy a myelin-hüvelyt specialzált sejtek termelik (a később róla elnevezett Schwann sejtek); Ő hozta létre a „cellular theory” elméletét. Schwann állította fel az embriológia alapvető elméletét mikor megfigyelte, hogy egy petesejtből jön létre egy teljes szervezet. "All living things are composed of cells and cell products"
1810-1882, German physiologist
1847, Matthias Jakob Schleiden a „cellular theory” megalapítója, Schwann-nal együtt. Szintén észrevette a sejtmag jelentőségét és kapcsolatát a sejtosztódással. Elsők között ismerte el Darwin evolúció-elméletét (1859). 1804-1881, German botanist
A ‘GLIA’ felfedezése 1836, Christian Gottfried Ehrenberg valószínűleg ő figyelt meg először idegrendszeri sejtet a pióca tanulmányozása során
1795–1876, German naturalist, zoologist, comparative anatomist, geologist, and microscopist,
1837, Johann Evangelista Purkinje a kisagyat tanulmányozta és leírta a később róla elnevezett sejttípust
1787-1869, Czech anatomist and physiologist
Purkinje eredeti, első rajzai a Purkinje sejtekről, 1837.
Purkinje sejtek, Fotó: Alan Opsahl, Pfizer
A ‘GLIA’ felfedezése 1837, Gustav Gabriel Valentin, Purkinje tanítványa volt, ő közölte az első olyan rajzokat idegsejtekről (melyet ő “kugeln”-nek nevezett), ahol már sejtmag és intracelluláris struktúrák is fel voltak tüntetve. Ő javasolta először, hogy az idegrendszer aktív és passzív elemekből áll.
1810-1883, German physiologist
1851, Heinrich Müller fedezte fel a radiális rostokat a retinában (később ezeket a sejteket róla nevezték el Kölliker javaslatára) 1820-1864, German anatomist
1858, Max Schultze részletesen vizsgálta a Müller sejteket
Cajal’s drawings on Müller cells
1825-1874, German microscopic anatomist
A ‘GLIA’ felfedezése 1857, Karl Bergmann azonosította a kisagyi radiális rostokat (Bergmann-rostok), míg később Golgi leírta később ezek sejttesteit (Golgi—féle epiteliális sejtek). Mivel Golgi-féle gátló neuronok vannak a közelben, ezért a modern korban a 1814-1865 Bergmann-glia elnevezést használjuk. Red: Purkinje cell Green: Bergmann glia Blue: Granule neuron nuclei Furrer et al. 2011
1862, Wilhelm Kühne írta le a neuro-muszkuláris kapcsolatot és bevezette a “végtalp (“endplate”) kifejezést. 1837-1900, German physiologis
1860, a fiatal Otto Deiters fedezte fel a csillag alakú (stellate) sejteket a fehér és szürkeállományban - (ezek a későbbi asztrociták !) 1834–1863 German neuroanatomist Deiter’s drawing on a stellate cell
glia glia (görög): ragadós
A ‘GLIA’ felfedezése Neuroglia elnevezés először !
1858, Rudolf Ludwig Karl Virchow (37 évesen) a Berlini Egyetem Patológiai Intézetében előadássorozatot tartott 13. előadásában (‘Spinal cord and the brain’) említette meg az „agyi kötőszövetet” („nervenkitt, nervecement”), melyet neurogliának nevezett el 1821–1902, German doctor, anthropologist, pathologist, prehistorian, biologist and politician
Virchow gondolatai az előadásaiból készült „Cellular Pathologie” c. könyvben jelennek meg, 1858-ban. Rudolf Virchow és Karl Weigert szerint – a neuroglia szerepe csak a helykitöltés a neuronok között (‘neuroglia holds nervous elements together and gives the whole its form’) A gliát Virchow így definiálta „ .. connective substance, which forms in the brain, in the spinal cord and in the higher sensory nerves as a sort of nervenkitt (neuroglia), in which the nervous system elements are embedded”. For Virchow, glia was a connective tissue devoid of cellular elements.
A ‘GLIA’ felfedezése 1874-75, Karl Weigert Virchow-val egyetértésben állította, hogy a gliasejtek pusztán passzív elemei az idegrendszernek, s szerepük pusztán a helykitöltés.
1845-1904, German Jewish pathologist
1869, Jacob Henle közölte az első képet, melyen az csillag alakú sejtek (később asztrociták) sejtes hálózatot alkotnak 1809-1885, German physician, pathologist and anatomist
Csillag alakú sejtek hálózata ökör gerincvelőjében (Henle and Merkel, 1869). Verkhratsky A, Parpura V, Rodríguez JJ. 2011
A ‘GLIA’ felfedezése 1873, Camillo Golgi kifejlesztette az ezüst-kromát festést – ez volt a kezdete a hisztológia forradalmának, hiszen eddig csak festetlen preparátumokat vizsgáltak. Sokféle gliasejtet írt le. Protoplazmás asztroglia sejtek a 1843–1926, szürkeItalian physician, pathologist, állományban. scientist, and Nobel laureate Festette és rajzolta: (Nobel prize: from 1895) Golgi; 1883. Golgi már 1871-ben felismerte, hogy a gliasejtek az idegsejtektől eltérő sejtes populációt alkotnak. Megfigyelte, hogy a gliasejtek nyúlványokat nyújtanak a vérdeényekhez és azokon végtalpakat létesítenek. Ő javasolta először, hogy a gliasejtek metabolikus anyagokat továbbítanak az erekből az agyparenchimába (1875; 1894).
A ‘GLIA’ felfedezése 1888-tól, Ramon y Cajal fejlesztette ki a „neuronal doctrine” elméletét, feltalálta 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
“each nerve cell is a totally autonomous physiological canton” 1888, Cajal
Ramón y Cajal eredeti rajzai gliasejtekről: “Neuroglia of the superficial layers of the cerebrum; child of two months. Method of Golgi. A, B, [C], D, neuroglial cells of the plexiform layer; E, F, [G, H, K], R, neuroglial cells of the second and third layers; V, blood vessel; I, J, neuroglial cells with vascular [pedicles].” Verkhratsky, Butt 2007
A ‘GLIA’ felfedezése
Cajal's drawing of Golgi impregnated glia showing human cortical neuroglial cells. B, C : Astrocytes in the stratum lucidum of the human CA1 area of the hippocampus with particular emphasis on the anatomy of perivascular astrocytes in the CA1 stratum radiatum. Verkhratsky A, Parpura V, Rodríguez JJ. 2011
Drawing by Cajal showing fibrous in the white matter of the cerebral cortex labeled with the gold chloride method. "Neuroglic cells of the white matter of the adult human brain. Gold [chloride] method. A, aspect of certain cells in which can be observed a fibrillar apparatus; B, C, aspect shown by other cells where the protoplasm stained in mass does not allow the visualization of fibrils; a, b, d, perivascular end-feet." This figure was published as Figure 14 by Cajal in 1913 (Cajal, 1913). (Copyright Herederos de Santiago Ramón y Cajal.)
A ‘GLIA’ felfedezése Drawings by Cajal
Drawing by Cajal showing protoplasmic astrocytes (containing relatively few fibrils) in the gray matter of the cerebral cortex labeled with the gold chloride method. "Part of a section of the gray substance of the brain of an adult human. Staining by gold chloride. A, large type of neuroglic cell; B, smaller type of neuroglic cell [than that showed in A]; C, [end]-foot inserted in a capillary; D, pyramidal cell [of the cerebral cortex]; a, capillary; b, small perivascular pedicles; d, non-neuroglic satellite cells." This figure was published as Figure 1 by Cajal in 1913 (Cajal, 1913). Note the astrocyte B contacting both the blood vessel a and the neuron D. Cells without processes such as those labeled d in this figure are what Cajal called the "third element." (Copyright Herederos de Santiago Ramón y Cajal.)
Rostos (fibrous, white matter)
Plazmás (protoplasmic, grey matter)
A ‘GLIA’ felfedezése 1877, Gustav Retzius sok glia-típust leírt. Róla nevezték el a pióca-idegrendszer óriási (mm) Retzius sejtjeit és a Cajal-Retzius sejteket a cortex-ben.
1842-1919, Swedish physician and anatomist
Humán főtuszok idegrendszerének festése ezüst-kromát technikával (Retzius, 1894).
Gustaf Retzius is one of the fathers of the pseudoscientific race theory, "scientific racism", and one of those who tried to glorify the "Nordic race" as the highest race of mankind.
Verkhratsky A, Parpura V, Rodríguez JJ. 2011
A ‘GLIA’ felfedezése
Morfológiai diverzitás és a gliasejtek túlsúlya az agyban – ezt látta Gustaf Retzius. Két neuront nyíl jelöl. A gliasejteket ezüst impregnációs technikával festette. The image shows a drawing from Retzius’ book Biologische Untersuchungen (Stockholm: Samson and Wallin, 1890-1914), Vol. 6 (1894), Plate ii, Figure 5. (The image was kindly provided by Professor Helmut Kettenmann, MDC, Berlin)
Verkhratsky, Butt 2007
hGFAP-GFP 2001
Emsley, Macklis 2006 Astroglial heterogeneity closely reflects the neuronaldefined anatomy of the adult murine CNS.
Neuronal heterogeneity:based on drawings made by Cajal
+ Electrophysiology: data from the 1940’s (voltage clamp) and late 1970’s (patch clamp)
Henry Markham Lausanne, Svájc, EPFL
supercomputing project that can model components of the mammalian brain (first: cortical columns) to precise cellular detail and simulate their activity in 3D
Morphological Classes of Neocortical Neurons
Henry Markham
Synaptic Innervation Patters to Determine Precise 3D Location of all synapses #synapses
A
Axonal Patterns
Dendritic Patterns
LBCPC
15
SBCPC
19
NBCPC
16
BTCPC
11
MCPC
9
Axonal branch order
Henry Markham
Dendritic branch order
Wang et al., Cerebral Cortex, 2004
Diversity of Electrical Behaviors of Neocortical Neurons
Henry Markham
Multiple Electrical Types in Each Morphological Class Som a Targeting INT S
Bipolar
Bitufted
L BC _bA D L BC _bI S L BC _bN A L BC _c A D L BC _c FS L BC _c S T L BC _c N A L BC _dFS L BC _dS T N BC _bN A N BC _c A D
NBC -bAD N BC _c FS N BC _c N A N BC _dFS N BC _dST
NBC -cST NBC -dAD NBC -bST
Ax on Ta rge ting INTS
Ex citatory Neurons
Henry Markham
SBC _bN A SBC _c A D SBC _c FS SBC _c N A SBC _dFS C hC _c A D C hC _c FS C hC -dN A SSC _c A D SSC _c ST
L2PC -cAD L3PC -cAD L4PC -cAD L4SP-cAD l4SS-cAD L5CSPC-cAD L5CHPC-cAD L6CT PC-cAD L6CC PC-cAD L6CSPC-cAD
Building NEURON Models of Neocrtical Neurons Using Ion Channel Compositions Predicted from gene Expression Studies
harvest cytoplasm
expel cytoplasm
reverse transcription
multiplex PCR
Genes expressed ion channels formed
resulting electrical behavior
Henry Markham
Visualizing Synaptic Maps onto Neocortical Neurons
Henry Markham
type of source cell maps & timing Albert Gideon
Minimal Building Blocks to Build, Simulate and Visualize the Neocortical Column
Cortical coloumn simulation
Henry Markham
Markram, Nature Reviews Neuroscience, 2006
Led by Dr. Henry Markram, The Blue Brain Project recently joined with other 12 partners to propose the Human Brain Project – a very large 10 year project that will pursue precisely these aims. The new grouping has just been awarded a Eur 1.4 million European grant to formulate a detailed proposal.
To be integrated: glial cells !!! glial networks !!!
*
**
Other glia types: Oligodendrocytes, Schwann cells, NG2 glia…..
A ‘GLIA’ felfedezése In 1893, Mihály Lenhossék vezette be az asztrocita kifejezést 1863-1937, was an Hungarian anatomist and histologist uncle to Albert Szent-Györgyi (1893-1986)
Lenhossék Mihály vezette be az asztrocita szót, utalva a neuroglia sejtek alakjára. Ő írta az első terjedelmes összefoglalást a gliasejtekről egy könyvben, mely az idegrendszer finom-szerkezetéről szólt, a gerincvelőt állítva fókuszba. Állította, hogy a gliasejtek, melyeket oly sokan leírtak, egy vegyes populáció, és valójában több sejttípusból áll. Terminológiai változtatásokat javasolt (Lenhossek, 1893): „ I would suggest that all supportive cells be named as spongiocytes, and the most common form in vertebrates be named spider cells or astrocytes, and use the term neuroglia only cum grano salis (with a garin of salt), at least until we have a clearer view... Astrocytes are the small elements, which form the supportive system of the spinal cord. They are star shaped and indeed no other comparison describes their form so clearly. While the term spider cell introduced by Jastrowitz has become popular and gives a proper impression of the cells, one should regard Gierke’s note, namely that nobody has seen a spider with so many feet as these cells have processes.”
A ‘GLIA’ felfedezése
Asztrociták és radiális glia sejtek egy Lenhossék által preparált anyagban, 1893. A: Supportive cells (i.e. astrocytes) from the spinal cord of a 9 month old child; Golgi impregnation. B: Spinal cord of a 14 cm human embryo; Golgi impregnation of the supportive cells.
A ‘GLIA’ felfedezése 1871, Louis Antoine Ranvier - Schwann sejteket ő nevezte el Schwann után, nevéhez fűződnek a Ranvier féle befűződések (“nodes of Ranvier”) 1835-1922, French physician, pathologist, anatomist and histologist
1889, Wilhelm His felfedezte, hogy az idegsejtek és a gliasejtek is a neuroektodermából származnak. A microtome feltalálója. Bevezette a dendrit fogalmát. (A fia volt kardiológus (Hiskötegek) !) 1831-1904, Swiss anatomist
1895, Albert von Kölliker írta le a hallóideg idegi elemeit (ökörben) és Andriezen-nel együtt leírták a rostos és protoplazmás asztrocitákat
Rudolf Albert von Kölliker, 1817–1905, Swiss anatomist and physiologist
A ‘GLIA’ felfedezése Protoplazmás asztrocita
Rostos asztrocita
szürkeállomány
fehérállomány
Neuroglia cells of brain shown by Golgi’s method. A. Cell with branched processes. B. Spider cell with unbranched processes. (After Andriezen.) in Henry Gray (1825–1861). Anatomy of the Human Body. 1918.
A ‘GLIA’ felfedezése The role of glia
A 19. század tulajdonítottak.
végén
a
gliasejteknek
többféle
funkcionális
szerepet
Golgi, például abban hit, hogy a gliasejtek elsősorban az idegsejtek táplálását végzik az erekkel való kapcsolatuk révén.
Ezt az elméletet Ramón y Cajal nem támogatta. Virchow eredeti elgondolását, miszerint a glia pusztán helykitöltő kötőszövet, sokan osztották, pl. Andriezen, Robertson és Weigart. Cajal még az 1920-as évekbe is így gondolta. Cajal bátyja, Pedro, az asztrocitákat szigetelő sejteknek tekintette, melyek a nem kívánt idegi impulzusokat meggátolják.
Verkhratsky, Butt 2007
The role of glia
1859-1922, German surgeon
A ‘GLIA’ felfedezése
1894, Carl Ludwig Schleich vetette fel először az aktív asztrocitaneuron interakciót, mint az agyműködés fontos elemét ‘Schmerzlose Operationen’ c. könyvében (1894). Schleich Virchow tanítványa volt. (Ő vezette be a helyi érzéstelenítést !) • 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. Schleich ismerte fel, hogy a gliasejtek dinamikus, aktív szerepet játszanak az idegrendszer működésében !!! Schleich rajzai a glia-neuron kapcsolatokról ebből a könyvéböl. Verkhratsky, Butt 2007
A ‘GLIA’ felfedezése In 1871, Joseph von Gerlach alkotta meg az első nagy elméletet az agy funkcionális organizációjától (a neuronális doktrína előtt (Cajal, 1888). • Szerinte az idegi filamentumok és nyúlványok egy diffúz hálózatot alkotnak Ez volt az ú.n. retikuláris elmélet (“reticular theory” or diffuse nervous web), mely majd 2 éven átdominálta az idegtudományokat. • Sok tudós, például Golgi is támogatta ezt az elméletet. Ez volt a „retikularizmus – neuronizmus” konfliktusának időszaka.
1820-1896, German anatomist
„ the finest divisions of the protoplasmic processes ultimately take part in the formation of the fine nerve fibre network which I consider to be an essential constituent of the gray matter of the spinal cord. The divisions are none other than the beginnings of this nerve fibre net. The cells of the gray matter are therefore doubly connected by means the nerve process which becomes the axis fibre and through the finest branches of the protoplasmic processes which become a part of the fine nerve fibre net of the gray matter „
‘Retikuláris’ interneuronális kapcsolatok Gerlach szerint Gerlach (1872)
A ‘GLIA’ felfedezése 1894, Sigmund Exner terjesztette el a „neuronal doctrine” vagy „neuron theory” elméletét The neuronal doctrine regards The neuron doctrine is a descriptive term for the fundamental concept that the nervous system is made up of discrete individual cells. (The idea is based on earlier findings by Cajal, Golgi and others.)
neuronal networks as a sole for information processing.
+ substance
1846–1926, Austrian physiologist
1891, Wilhelm Gottfried von Waldeyer szilárdította meg, fogadtatta el a "neuron theory„-t. Ő adott nevet a kromoszómának. Ő alkotta meg a ‘neuron’ kifejezést (before it was called nerve cell). Waldeyer, like other members of his University, was a fierce opponen also t to the admission of women into medical studies. He used pseudoanthropological evidence to conclude that women's brains being smaller, they therefore had fewer brain cells and thus fewer intellectual capacity.
1836-1921, German anatomist
1899, William Ford Robertson figyelte meg először az oligodendrocitákat, kifejlesztve erre a célra egy specifikus platina festést. Sajnos e sejtek mielináló kapacitására nem figyel fel – ezt 20 évvel később Rio-Hortega tette meg.
1867-1923
A ‘GLIA’ felfedezése 1921, Pio del Rio-Hortega, Cajal tanítványa volt. Bevezette az ezüst karbonátos festést, ami szelektíve jelölte az oligodendrocitákat, melyeket 1928-ban osztályozott. Ő vezette be a mikroglia fogalmát is, eredetileg “szemétgyűjtő” („garbage collecting”) sejteknek nevezve őket. Kimutatta,hogy a mikroglia születés után jut az idegrendszerbe és reagál a sérülésekre. 1882-1945, Spanish physician, histologist, anatomist
microglia Río-Hortega rajzai. Different morphological types of microglial cells in the rabbit Ammon's horn, cortical perivascular neuroglia and oligodendrocytes. Verkhratsky A, Parpura V, Rodríguez JJ. 2011
A ‘GLIA’ felfedezése By the 1920-ies the overall understanding of morphological organisation of the brain and the spinal cord has been generally completed, and the following developments were mostly dedicated to uncovering the functional mechanisms by which neural cells communicate and by which they may perform higher brain functions.
By then the neuronal doctrine became absolutely dominating.
1897, 1906, Charles Scott Sherrington introduced the term synapse and worked to show that the synapse is the principle place of integration in the nervous system
1857–1952, English neurophysiologist, histologist, bacteriologist, and a pathologist, Nobel laureate
... and soon the idea of the neuron’s electrical activity (etc.) was universally accepted...
A ‘GLIA’ felfedezése
The role of glia
1954, Ben Geren B. Schwann cells myelinate 1966, Steven Kuffler, John Nicolls, Richard Orkand demonstrated coupling between glial cells
1969, Milton Brightman, Tom Reese identified structures connecting glial networks (which we know now as gap junctions)
Nonetheless, for the following two decades glial cells were still regarded as passive elements of the NS, bearing mostly supportive and nutritional roles. The advent of modern physiological techniques, most notably those of the patch-clamp and fluorescent calcium dyes, has dramatically changed this image of glia as ‘silent’ brain cells.
Verkhratsky, Butt 2007
A ‘GLIA’ felfedezése
The role of glia
1984, Helmut Kettenmann, Harold Kimelberg – Glu and GABA receptors in cultured astrocytes and oligodendrocytes
1990, Ann Cornell-Bell, Steve Finkbeiner – astrocytes are capable of longdistance communication by means of propagating calcium waves
e.t.c. Verkhratsky, Butt 2007
Neuroglia - Evolutionary aspects
•
Gliasejtek robbanásszerű térhódítása hominidákban
•
Proto-myelináló sejtek megjelenése és a myelin-hüvely kialakulása
(ganglionok majd központosított idegrendszer szerveződése) • Asztrociták is megjelennek a ganglionokban • Asztrociták képezik a kezdeti vér-agygátat (in crustacean, insects, cephalopods and sharks!) • Immunsejtek belépnek a ganglionokba az ősi mikrogliát reprezentálva • A glia megjelenése (valószínűleg már a diffúz idegrendszer szintjén) Tree of life, Haeckel 1879.
Verkhratsky A, Parpura V, Rodríguez JJ. 2011
Neuroglia - Evolutionary aspects
Nematodes
Amphid: fő kemoszenzoros szerv a nematodákban (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-végződéseket (cilia).
C: Red: sheath glia, green: neuronal cilia Blue: socket glia
Neuroglia - Evolutionary aspects Total cell number in C. Elgans: 959 in the adult hermaphrodite; 302 neuron, 50 glia (5 %) (24 sheath glia, 26 socket glia)
Elimination of glia does not result in wide-spread neuronal death, but dramatically alters function and sensitivity of sensory neurones: ablation of glia results in dendrite extension and axonal guidance defects.
Nematodes
Neuroglia - Evolutionary aspects • blood–brain barrier (BBB) is made solely by astrocytes in crustacean, insects and cephalopods and in elasmobranch fish (sharks, skates, and rays) and sturgeons • at the later stages of phylogenesis the BBB function is shifted to endothelial cells but remains under astrocytic control
Alternative models of the phylogeny of the vertebrate BBB.
• ancestral vertebrate had a glial BBB
BBB
Blue: glial BBB Red: endothelial BBB
Neuroglia - Evolutionary aspects
myelin
• increase in the size of living organisms needed an increase of the speed of communication between the periphery and the central neural organs • Appearance of myelin isolators provided by oligodendrocytes and Schwann cells appeared sometimes in Ordovican period in the ancestral invertebrates (e.g. in oligochaetes (earthworms)), in malacostraca (shrimps and prawns), in copepods (small crustaceans) and in gnathostomes (the jawed fishes; although the class includes not only sharks and rays but also tetrapodes).
Neuroglia - Evolutionary aspects
microglia
• the isolated position of the nervous tissue required self-defence system and the immune cells begun to invade the ganglia in bivalve, crustacean and insects thus forming the ancestral microglia, which is present in brain parenchyma at all subsequent evolutionary stages
Verkhratsky A, Parpura V, Rodríguez JJ. 2011
Neuroglia - Evolutionary aspects
Glia number
neuron: glia ratio 1:2 (-10) human 1:1 rodents 6:1 nematodes (C elegans) • With increased complexity of the brain astrocytes became the most numerous cells in the human brain, outnumbering neurons • in the rat cerebral cortex, neurones/glial cells (astrocytes and oligodendrocytes) ratio is ∼2.5 to 1. This is inversed in the humans: the glia to neurones ratio in human cortex is ∼1.65:1 • The size of human protoplasmic astrocyte is about 2.5–3 times and fibrous astrocytes ∼2.2 times larger than in rodents
• The human protoplasmic astrocytes have ∼10 times more primary processes, and correspondingly much more complex processes arborisation than rodent astroglia • Human protoplasmic astrocyte contacts and integrates ∼2 millions of synapses residing in its territorial domain, whereas rodent astrocytes cover ∼20,000– 120,000 synaptic contacts
Verkhratsky A, Parpura V, Rodríguez JJ. 2011
Az asztrociták aránya az idegrendszerben Gliasejtek százalékos aránya ?
Glia/neuron arány cortex-ben
Asztrociták mérete és komplexitása
Asztrocita / idegsejt arány
cortex
Az asztrociták aránya az idegrendszerben
ember
patkány béka pióca
egér
ember
Neuroglia – The function...
biophysically realistic computational model based on experimental results in HC
in the hippocampus for every neuron there are two to five glia cells "Glia cells are like the brain's supervisors. By regulating the synapses, they control the transfer of information between neurons, affecting how the brain processes information and learns."
Neuroglia Developmental aspects - neuroepithelial origin - radial glia – neuron and gliogenesis - persisting glia with stem cell properties in adults - glia promotes neuronal survival, maturation Anatomical aspects - glial microanatomical domains - glial syntitia (also anatomically segregated) - oligodendrocytes, their platicity and communication with neurons (white matter more than 50% of the human brain) Homeostatic aspects - ion and water homeostasis - neurotransmitter homeostasis - control of local blood flow, BBB and metabolic support Verkhratsky A, Parpura V, Rodríguez JJ. 2011
Neuroglia Physiological aspects - glial receptors - synaptic transmission onto glia - signalling in glial syntitia - gliotransmission and exocytotic release - control of connectivity in neural networks Pathosphysiological aspects - acute lesions (taruma, stroke) - chronic neurodegenerative diseases (Alzheimer’s, Parkinson’s, MS, etc.) - psychiatric diseases - brain malignancies (95% are of glial character) - limiting areas of damage - neuro-immune responses (microglia !) - remodeling and recovery of neuronal function - arise of targeting glial cells : neuroglial pharmacology Verkhratsky A, Parpura V, Rodríguez JJ. 2011
Ajánlott Irodalom
Glial Neurobiology: A Textbook Alexei Verkhratsky and Arthur Butt © 2007 John Wiley & Sons, Ltd ISBN 978-0-470-01564-3 (HB); 978-0470-51740-6 (PB)
Glia Huszti Zsuzsa - Kálmán Mihály Akadémiai Kiadó, 2008
Some links about the Blue Brain Project
http://www.nature.com/news/computer-modelling-brain-in-a-box-1.10066 http://www.youtube.com/watch?v=_rPH1Abuu9M http://www.ted.com/talks/henry_markram_supercomputing_the_brain_s_secrets.html
TED: “Technology, Entertainment, Design”, from 1984 – now broader scope
The top five neuroscience project: http://www.33rdsquare.com/2012/01/topfive-neuroscience-projects.html
