Gliális sejttípusok az idegrendszerben
Sejttípusok az idegrendszerben neuroektodermális eredet (kivéve mikroglia) idegsejtek (neuronok)
neuroglia
mezodermális eredet
erek falát és agyhártyákat alkotó sejtek
általában: minden, ami nem neuron...
asztroglia
oligodendroglia
ependyma
mikroglia
Gliális sejttípusok az idegrendszerben neuroektodermális eredet (kivéve mikroglia) neuronok
mezodermális eredet
neuroglia
asztroglia * asztrociták * II. típusú asztrociták * radiális glia * Bergmann glia * Müller glia
erek falát és agyhártyákat alkotó sejtek
oligodendroglia * oligodendrociták * NG2 sejtek * szatellitasejtek * olfactory nerve ensheating cells (ONEC) * Schwann sejtek
ependyma *ependymociták *choroid plexus hámsejtjei
* Pituicita (hipofízis) * corpus * tanycita pineale * adenohipofízis * enterális csillagsejtjei gliasejtek * glia limitans sejtjei sejtjei
mikroglia * rezidens mikroglia *bevándorolt makrofágok
perivaszkuláris periszinaptikus pericelluláris perinodális asztrociták
GLIA: gyűjtőfogalom !!! “gliák”
NG2 itt már önálló kategória Verkhratsky, Butt 2012
Asztroglia
Ia – pial tanycyte Ib – vascular tanycyte II – radial astrocyte (Bergmann glial cell) III – marginal astrocyte IV – protoplasmic astrocyte V – velate astrocyte
VI – fibrous astrocyte VII – perivascular astrocyte VIII – interlaminar astrocyte IX – immature astrocyte X – ependymocyte XI – choroid plexus cell Kettenmann and Ransom 2005 in Verkhratsky, Butt 2007
4 fő GFAP+ sejtcsoport a humán agykéregben 1. 1. réteg: interlamináris asztrociták sejttestjei, melyek nyúlványai a 2-4. rétegbe nyúlnak pár mm mélyen; tekervényes (tortuous) morfológia 2. Plazmás asztrociták, leggyakoribbak a 2-6. rétegben. 3. Polarizált asztrociták (varicose projection astrocytes), csak emberben, az 4-6. rétegben, szétszórtan. Milliméteres, varikozitásokkal teli nyúlványok. 4. Rostos asztrociták, fehérállományban. Sárga vonalak: a klb. asztrocita populációk előfordulási helyei. Scale = 150 μm. Heterogeneity of astrocytic form and function. Oberheim, Goldmann, Nedergaard 2012
GFAP = gliális fibrilláris savas protein, IF
1. Interlaminar astrocytes tortuous
3. Polarized astrocytes: varicose projection astrocytes varicose
GFAP MAP2 DAPI
Oberheim, Goldmann, Nedergaard 2012
Asztrocita • Csillag alakúak • A legnagyobb glia populáció a CNS-ben • Fő markere mindmáig : GFAP (gliális fibrilláris savas fehérje) DE a GFAP expresszió nagyon varábilis (4 kép: GFAP immunfestések tenyésztett asztrocitákban)
Minden Bergmann-glia GFAP+, de a kéregben és HC-ban az asztrocitáknak csak ~15-20 % - a GFAP+ (felnőttben) !!!
GFAP festés: az asztrocita térfogatának csak kb. 15%-át adja ki
GFAP: gliális fibrilláris savas fehérje Hoechst: sejtmag
Asztrocita
GFAP Hoechst - sejtmag
Asztrocita
hGFAP-GFP
Asztrocita
GFAP/GFP in vivo
GFAP/ezrin in vitro plazamembrán – aktin citoszkeleton
Reichenbach 2010, Frotscher 2001
„rostos” asztrociták fehérállományban
Asztrocita • • • • •
Hosszú nyúlványok (akár 300 um) Kevésbé elágazó, mit plazmás asztro Perivaszkuláris, szubpiális végtalpakat képeznek Perinodális kontaktusokat képeznek neuronokkal Sűrűségük ∼200 000 cell per mm3.
(Dr Szigeti Cs., SZTE ÁOK-TTIK Sejtbiológia és Molekuláris Medicina Tanszék - Golgi-impregnáció, rostos, protoplazmás asztrocita)
„plazmás” asztrociták szürkeállományban
Asztrocita
• • • • •
Sok, rövidebb nyúlvány (kb. 50 um) Nagyon elágazó nyúlványrendszer Perivaszkuláris, szubpiális végtalpakat képeznek Neuronokkal sok kapcsolatuk van Sűrűségük cortexben ∼10 000 – 30 000 cell per mm3.
Asztrocita
hGFAP-GFP
Asztrocita
Brainbow
transgenic multicolor labeling strategy called “Brainbow,”
Jeff Lichtman (Harvard University)
Brainbow
Asztrocita
Jeff Lichtman (Harvard University)
GFAP: gliális fibrilláris savas fehérje (IF) Hoechst
Asztrocita
• vér/agy gát (asztroglia-endotél) • liquor/agy gát (asztroglia-ependima) • glia limitans (asztroglia-pia mater)
Markerek
Huang 2006
Asztrocita
GFAP – glial fibrillary acidic protein GLT-1(EAAT2) – glutamate transporter GLAST(EAAT1) – glutamate transporter glutamát uptake
GS – glutamin synth(et)ase AQP4 – aquaporin4
Glutamate + ATP + NH3 → Glutamine + ADP + phosphate
Glutamin synthase/GFAP Aquaporin 4 (asztro végtalp)
Thrane 2010
GFAP/AQP4-GFP mouse cortex
GS/GFAP/DAPI
asztrociták in vitro
Asztrocita
S100b - Asztrocitában (nem mindben) Schwann sejtben, radiális gliában
- Ca++ kötő fehérje - több fehérje foszforilációját gátolja - GFAP összeszerelődést is szabályozza - MT összeszerelődést gátolja - Asztrociták szekretálják is - patológiás esetekben keringésbe is kijut: esetleg diagnosztikában használható (screening) S100b - Astrocyte Marker in Mouse HC Kipp, Abcam for determination of CNS injury at the molecular level before gross changes develop S100B-KO egér: agyi anatómia OK, DE LTP, tanulás, memória romlik: HC neuronális plaszticitás érintett ! The concept of brain specific proteins was first proposed in 1965 (Moore, 1965). These workers separated proteins from the brain and liver of cattle, rabbits, rats and monkeys. Three low molecular weight acidic proteins were found consistently in high concentrations in the brain fractions – one of them was named S100 because it was soluble in 100% ammonium sulphate. S100 family: at least 21 S100 proteins Sen, Belli 2007
McDougal 2011
S100B readily labels the soma and the larger processes, whereas GFAP labeling is predominantly seen in the processes
FABP7 (BLBP)
Asztrocita
Fatty acid binding protein 7 – Brain lipid binding protein
Érdekes: FABP7 köti a legerősebben a FABP család tagjai közül a DHA-t
hosszú szénláncú zsírsavak és egyéb hidrofób ligandok kötése
Docosahexaenoic acid omega-3 zsírsav az agyi PUFA (polyunsaturated fatty acid) 40%-a neuronális plazmamembrán fontos építőeleme DHA hiányában: cognitive decline
Érett asztro szubpopulációkban ill. radiális gliában is
Felnőtt cortex FABP7+ sejtek 21%-a GFAP+ asztrocita, 62%-a NG2+ (oligo progenitor)
Mori, Götz 2005
Reaktív asztrociták 3 nappal agyi lézió után, kéregben Sharifi 2011
Kipp 2011
De asztro FABP7 agyi demielináció során is nő (MS!)
Asztrocita
McDougal 2011
asztrociták az agytörzsben (Texas Red is a sulfonyl chloride derivative of SR101)
Sulforhodamine 101
In vivo two-photon imaging of cortical astrocytes at a 250 mm depth (P21 rat) 30 minutes after SRB (20 mg/kg) iv injection.
Asztrocita Glycogen granules Sárga ill. piros nyilak: glikogén szemcsék asztrocitákban: kicsi, kerek, sötét szemcsék glikogén → glükóz
http://synapses.clm.utexas.edu/anatomy/astrocyte/glycogen.stm
http://captain-nitrogen.tumblr.com/post/13552129455/just-some-casual-energy-storage
Marker: brain glycogen phosphorylase
DCX-immunolabeled neuron (NN) with a labeled apical process (large arrow) and an adjacent glial cell (GC) with a watery cytoplasm.
Asztrocita
Shapiro 2005 • Sejtmag sima maghártya vastagnak tűnik Baille 2005 • Kromatin maghártyához tapad • Nucleolus gyakran maghártyához közeli, excentrikus ELMI, normál HC asztro. (ezek jó elkülönítő jegyei asztronak ELMI szinten) *: gliális filamentum a citoplazmában • Citoplazma üres (watery), organellum-szegény • Jellegzetes filamentumkötegek (IF) • Glikogénszemcsék • Néhol kristályos testek: „glioszómák”= Glial subcellular particles, izolálható, mint a szinaptoszóma
Asztrocita
Szinapszisok közelében
Bundles of intermediate filaments (arrows) are often found in in the cytoplasm of astrocytes (arrows). http://neurolex.org/wiki/Category:Astrocyte
http://synapses.clm.utexas.edu/anatomy/astrocyte/filaments.stm
Freeze fracture
Asztrocita Asztrocita végtalpak perivaszkuláris végtalpai rendezett 4-6 nm-es intramembrán partikulum (IMP) sorokat tartalmaznak. Ezek egyedi aquaporin4 tetramereknek felelnek meg. Square arrays or ortogonal array of particles, OAP. Neuronális membránban ilyen nincs. A, B : P-face C: E-face
Furman CS 2003
P-face: protoplasmic leaflets E-face: extraplasmic leaflets
Asztrocita
Nagy JI 1998 Connexin43 asztrocita rés-kapcsolatokban immunogold jelöléssel. (A, B) Asztrocita gap junction a neuropilben (nyilak). (C, D) Connexin43 asztrocita rés-kapcsolatokban a szürke (C) és fehérállományban (D).
Current immunohistochemical markers for mature astrocytes include, but are not limited to, the following: A2B5, Aldh1L1, aldolase 3, apolipoprotein E, aquaporin 4, brain glycogen phosphorylase, connexin 30, cystatin C, fibroblast growth factor receptor 3, gapjunction channel protein 1-α, GFAP, GLAST, glutamine synthetase, Niemann Pick type C1, phospholipase A2 Group VII, S100β, and vascular cell adhesion molecule 1 (Holash, Harik et al. 1993; Patel, Suresh et al. 1999; Eng, Ghirnikar et al. 2000; Pringle, Yu et al. 2003; Bachoo, Kim et al. 2004; Mori, Tanaka et al. 2006; Slezak, Goritz et al. 2007).
Asztrocita
Aldh1L1-EGFP
Aldh1L1 Aldh1L1 is a specific pan-astrocyte marker aldehyde dehydrogenase 1 family, member L1 gene, also known as 10-formyltetrahydrofolate dehydrogenase (FDH) 10-CHO-THF is important in purine biosynthesis
Affymetrix
A, Aldh1L1 labels both cell bodies and processes of astrocytes in cortex B, GFAP does not label the finer processes C, GFAP labels a subset of astrocytes whereas Aldh1L1 labels many astrocytes not labeled by GFAP D–F, Aldh1L1 does not label neurons, OLs, or OPCs G–I, Aldh1L1-EGFP transgenic mouse cortex
2008, Ben Barres
ALDH1L1-eGFP riporter törzs felhasználása 2008 óta: 14 cikk (2014) 17cikk (2015) 27 cikk (2016)
Asztrocita
hGFAP-MrgA1:GFP mice These mice express a Gq-protein coupled receptor (called Mas-related gene A1, MrgA1) fused to GFP selectively in GFAP-expressing cells using the inducible tet-off system. MrgA1, is normally expressed in dorsal root ganglion nociceptive sensory terminals in the spinal cord where it is activated by RF amide neuropeptides resulting in Ca2+ release from internal stores.
Transzgenikus egerek
Mice expressing the tetracycline transactivator (tTA) under the hGFAP promoter (hGFAP-tTA mice) were crossed to mice in which the MrgA1 receptor was transcribed off the tet (tetO) minimal promoter (tetOMrgA1). In the absence of doxycycline, astrocytes express MrgA1:GFP.
Lacar, Bordey 2010
Asztro-specifikus reporterek Inducible Cre-strains are coming Romano
Fiacco 2007
Asztrocita mass spectrometry–based cell surface capturing (CSC) technology to generate a snapshot of the astrocyte cell surface glycoproteome (using primary astro cultures) 482 astrocyte cell surface–exposed glycoproteins 1. 2. 3. 4. 5. 6.
chemical labeling of oxidized cell surface polysaccharides using the bi-functional linker molecule biocytin hydrazide cell homogenization and protein digestion affinity enrichment of biocytin hydrazide–labeled peptides enzymatic peptide release peptide analysis by tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) peptide or protein identification
The functions of the identified cell surface glycoproteins were analyzed using the PANTHER database
Gliális sejttípusok az idegrendszerben neuroektodermális eredet (kivéve mikroglia) neuronok
neuroglia
asztroglia * asztrociták * II. típusú asztrociták * radiális glia * Bergmann glia * Müller glia
mezodermális eredet erek falát és agyhártyákat alkotó sejtek
oligodendroglia * oligodendrociták * szatellitasejtek * NG2 sejtek * olfactory nerve ensheating cells (ONEC) * Schwann sejtek
ependyma *ependymociták *ependymaszervek sejtjei *choroid plexus hámsejtjei
* Pituicita (hipofízis) * corpus * tanycita pineale * adenohipofízis * enterális csillagsejtjei gliasejtek * glia limitans sejtjei sejtjei GLIA: gyűjtőfogalom !!! “gliák”
mikroglia * rezidens mikroglia *bevándorolt makrofágok
perivaszkuláris periszinaptikus
pericelluláris perinodális asztrociták
Neuroepitél sejtek E9 Radiális glia
E8
pseudostratified epithelium
*
*
http://www.med.unc.edu/ embryo_images
*
E8-9 egér velőcső
Radiális glia Cajal indítványozta elsőként, hogy a radiális rostok módosult asztrocitanyúlványok melyek a kéreg hisztogenezisét támogatják. Cajal elismerte Magini munkáját, de kritizálta azokat a megfigyeléseit, melyek szerint a radiális rostok mentén neuronok vannak. Cajal, 1911 Giovanni Magini 1888
Rakic, 1972
Az elektronmikroszkópia felfedezésével a radiális glia nyúlványok és a mellettük migráló neuronok létezése bebizonyosodott: az 1970-es években, Pasko Rakic munkássága nyomán.
(A) Magini’s drawing (1888) of a detail of the “radial filaments” as seen with Golgi impregnation counterstained with hematoxylin; the original Magini’s legend phrases: “S: Three spherical cells of the cortical matter, with a large nucleus surrounded by a rim of protoplasm, inserted on a filament.” (B) Cajal’s drawing (1911) of radial glia; ”epithelial and neuroglial cells of the cerebral cortex; rabbit of a few days of age, Golgi method; A, bodies of epithelial cells; B, peripheral arborizations of these cells; b, bundles of white matter; c, perpendicular or radial fibers; e, displaced epithelial cells.. (C) Drawing of a Golgi-impregnated coronal section through the brain of a 97-day monkey fetusby Rakic (1972).
Bentivoglio and Mazzarello 1999
Radiális glia
Golgi impregnált telencephalon, 97 napos majom fetus MC: migrating cell; RF: radial fiber; LV: lateral ventricle; CP: cortical plate
Radiális rostokra merőlegesen vágott metszetek, 80 napos fetus
Radiális glia Rakic P. 1972, J. Comp. Neur. 145: 61-84
Radiális glia
Elongált morfológia megmarad: madarak, emlős kisagy (Bergman glia)
Guerrier 2007
radiális rost
migráló neuron
Rakic P. 1972, J. Comp. Neur. 145: 61-84
Noctor, Kriegstein et al 2001
Interkinetikus magvándorlás !
Radiális glia Rakic 1972-ben még nem ismerte fel, hogy az idegsejtek a radiális gliasejtekből származnak. Önálló neuronális ill. gliális progenitorok létét feltételezte. A radiális glia őssejt jellegét később írták le.
asztrocita radiális glia
Újszülött NP !
perinatális periódus (~E18-P10)
Radiális glia
piális felszín
Interkinetikus magvándorlás Radiális glia osztódásai: VZ-ben • vertikális, szimmetrikus • vertikális, asszimmetrikus (önmegújító) ventrikuláris felszín Intermedier progenitorok osztódásai: SVZ-ben • horizontális, szimmetrikus Radiális glia = multipotens őssejt !!
Neuron Neuroepiteliális sejt
Radiális glia Bizonyos epitél-sajátságok downregulálódnak, pl.: - tight junction kapcsoltság, - egyes membránfehérjék apikális/bazális transzportja
Radiális gliává való átalakulás: a legtöbb agyterületen: E10-E12 körül Elongált morfológia megmarad: - madarak, - emlős kisagy (Bergman glia)
De egyes epitél-sajátságok megmaradnak, pl.: - nestin IF expresszió (RC2); - apikális felszínek, - centroszómák apikális lokalizációja, - prominin-I expresszió, - adherens junction-ok az apikális felszínhez közel /itt PAR3, PAR6, aPKC (PAR-komplex) expresszió/ - kapcsolat a bazális membránnal - interkinetikus magvándorlás /de már nem a teljes sejt hosszán/ - Pax6
Őssejt
Asztroglia Basal lamina
Asztroglia-sajátságok megjelennek, pl.: - glikogén-szemcsék - GLAST, S100b, vimentin, FABP7(BLBP), - GFAP+ (főemlősök), GFAP- (rágcsálók GFAP+ P0-tól) Götz, Huttner 2005
Radiális glia már jobban elkötelezett („more fate-restricted”), mint a neuroepiteliális sejtek.
Radiális glia Ritka !
- az apikális (kamrai!!) plazmamembrán csak 1-2%-a a teljes membránnak - a és
c síkú osztódás tehát szimmetrikusan
- komplex szabályozás, pl: Emx2 transzkripciós faktor a vertikális, szimmetrikus osztódást támogatja Götz, Huttner 2005
illetve asszimmetrikusan osztja a sejtet
Pax6 transzkripciós faktor inkább az asszimmetrikus, neurogén osztódást támogatja Tis21 (BTG2) gén/fehérje expresszió (from „off” to „on”) a neurogénné váló sejtekben transcriptional cofactor
Radiális glia
apikális (kamra felé)
- apikális membrán érintkezik a velőcső üregével, ahonnan az instruktív szignálok érkezhetnek - két transzmembrán fehérje Megalin Prominin-I (CD133) - LDL-receptor related protein - membrán protrúziókon - mikrovillusok közti rések - koleszterol-alapú membránjában mikrodoménben - megalin-hiányos embrióban - részt vehet az apikális neuroepitél prolif. károsul membrán hiányos koleszterin uptake-hez asszimmetriájának társulva kialakításában (?) PAR3, PAR6, aPKC.. (PAR-komplex) epitél polaritás szabályozás !!
- adherens junction közelében, apikálisan - proliferatív osztódásnál szimm. öröklődik - neurogén osztódásnál asszimm.öröklődik Götz, Huttner 2005, Costa, Götz 2008, Shackelford, Shaw 2009
megalin
Radiális glia FABP7 (BLBP) Fatty acid binding protein 7 Brain lipid binding protein
(DHA: Docosahexaenoic acid enriched in the brain)
- hosszú láncú PUFA-kat köt (polyunsaturated fatty acids)
- támogatja a neurális őssejt/progenitor pool proliferációját
radiális glia alakjának fenntartásában és neuronális migrációban van szerepe
- FABP7 -/- egerekben drámaian csökken a neurogenezis mértéke
E14
BLBP-GFP vektor elektroporálva, majd 24h in vitro fenntartva Liu, Godbout et al. 2010 Schmid 2006
E18
Radiális glia Nestin/BLBP GFAP vimentin nestin (RC2 antigen) Intermeder filamentumok E14 rat spinal cord
Tenascin-C ECM
http://www.anatsoc.org.uk/T.Clive.Lee
Cerebellum, E17.5. A: parasagittal section of the cerebellar vermis. In addition to neural cells, the EGFP reporter is strongly expressed in the mesenchyme underlying the CP.
Hachem 2007
S100b
