Photo: NIH, retina (szöveg kép alatt) This image shows a sample of tissue from the light-sensitive retina in the back of the eye, as seen through a microscope. The green cells around the red blood vessels are called microglia. The blood vessels and microglia overlap in the yellow areas. Both the microglia and blood vessels are surrounded by retinal nerve cells that are not seen in this picture. Microglia are an important part of the immune system in the retina. They survey the retina for signs of disease and cell damage by constantly moving their long, arm-like extensions back and forth in the space around blood vessels and nerve cells.
Mikroglia
Gliális sejttípusok az idegrendszerben neuroektodermális eredet (kivéve mikroglia) neuronok
neuroglia
asztroglia asztrociták II. típusú asztrociták radiális glia glia limitans sejtjei Bergmann glia perivaszkuláris asztrociták
periszinaptikus asztrociták pericelluláris asztrociták perinodális asztrociták
mezodermális eredet
erek falát és agyhártyákat alkotó sejtek
oligodendroglia oligodendrociták szatellitasejtek NG2 sejtek olfactory nerve ensheating cells (ONEC) Schwann sejtek pituicita tanyciták
Müller glia
corpus pineale sejtjei
mikroglia rezidens mikroglia
ependyma ependymociták
bevándorolt makrofágok
adenohipofízis csillagsejtjei
ependymaszervek sejtjei choroid plexus hámsejtjei
enterális gliasejtek David, Kroner 2011
A ‘MIKROGLIA’ 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.
microglia Río-Hortega rajzai. Different morphological types of microglial cells in the rabbit Ammon's horn.
1882-1945, Spanish physician, histologist, anatomist
Evolution of microglia during its phagocytic activity. A, cell with thick, rough prolongations; B, cells with short prolongations and enlarged cell body; C, hypertrophic cell with pseudopodia; D-E, amoeboid and pseudopodic forms; F, cell with phagocytosed leukocyte; G, cell with numerous phagocytosed erythrocytes; H, fat-granule cell; I, cell in mitotic division. [Photomicrographs by Rio-Hortega, 1932] Verkhratsky A, Parpura V, Rodríguez JJ. 2011
Kettennmann 2011
Mikroglia mikroglia retinában
axon terminális dendrit és dendrittüske asztrocita mikroglia http://www.retinalmicroscopy.com/glial.html http://www.urmc.rochester.edu/labs/Majewska-Lab/projects/microglial_function_in_the_healthy_brain
Mikroglia eredete
PU.1 KO: unable to develop myeloid and lymphoid cells: nincs mikroglia sem !
Relationship of microglia to myeloid-lineage cells. a) Molecular relationships between different primary mouse haematopoietic lineage cells - based on gene expression as determined by genome-wide microarray analysis. Microglia are most closely related to bone marrow-derived and thioglycollate-elicited macrophages, and more distantly related to other haematopoietic and non-haematopoietic cell types. Microarray data for cluster analysis were taken from the BioGPS data set from the Genomics Institute of the Novartis Research Foundation (see the BioGPS website). b) Developmental relationship between microglia and macrophages. Microglia are derived from primitive haematopoiesis in the fetal yolk sac and take up residence in the brain during early fetal development. Microglia differentiation and proliferation requires colony-stimulating factor 1 (CSF1), the CSF1 receptor (CSF1R), CD34 and the transcription factor PU.1. By contrast, at least some tissue macrophages are derived from haematopoietic stem cells in the bone marrow (definitive haematopoiesis). Macrophage differentiation and proliferation requires CSF1, CSF1R and the transcription factors PU.1, CCAAT/enhancer-binding proteins (C/EBPs) and activator protein 1 (AP1). E8.5, embryonic day 8.5. CD = cluster of differentiation
Saijo, Glass 2011
nyugvó resting
aktivált
http://www.biology.uiowa.edu/daileylab/projects.html
Stence 2001
Mikroglia aktiváció
(Bal) GFP+ mikroglia neuronok között, P12 kéreg - szeletkultúra, highly ramified, resting mikroglia (Jobb) GFP+ -mikroglia HC szeletkultúrában, P6 egér, aktivált mikroglia nagy sejttest, rövid nyúlványok
nyugvó mikroglia klasszikusan aktivált proinflammatorikus M1 „potentially neurotoxic”
Mikroglia
alternatívan aktivált antiinflammatorikus M2 „potentially neuroprotective” A plasticity model proposes that cells of the phagocyte lineage are sensitive to the precise nature of the stimulus, its intensity, the time for which it is present and many other factors. Therefore, in different pathological states, activated microglia might synthesize a range of different cytokines.
The profiles in different forms of injury and disease that are shown are: a model of excitotoxicity (acute neuronal injury) (Ba), intracerebral lipopolysaccharide (LPS) challenge, experimental allergic encephalomyelitis (EAE), prion disease, and Wallerian degeneration. It is important to note that these different states are not fixed or immutable, but can be switched between one state and another by a further stimulus. COX2, cyclooxygenase-2; IL, interleukin; TGF1, transforming growth factor-1; TNF, tumour-necrosis factor.
Perry 2007
Mikroglia
nyugvó mikroglia
ramified – nyúlványos, nyugvó fenotípus részben neuronális szignálok (pl CX3Cchemokine ligand 1 (CX3CL1), CD47, CD200 and CD22) tartják fent ezt az állapotot mikro megfelelő receptorain át
alternatívan aktivált, M2
http://ucsf.edu/lm/introductionneuropathology/Response_to_Injury/Mi croglia.htm
Saijo, Glass 2011
pl. glioma sejtek olyan faktorokat termelhetnek, melyek az M2 mikroglia fenotípust támogatják: transforming growth factor-β (TGFβ), interleukin-4 (IL-4), IL-6 and IL-10
Mikroglia
klasszikusan aktivált, M1
öröklött
Hua, Walz 2006
szerzett
Mikroglia „pattern recognition receptorokat” (PRRs) expresszál: ezek klb. baci és vírus „pathogenassociated molecular pattern” (PAMPS) mintázatokat ismernek fel. PRR-mediált szignalizáció klb. anyagok szintéziséhez vezetnek: antimikrobiális peptidek (such as cathelicidin-related antimicrobial peptide (CRAMP)), cytokines (such as tumour necrosis factor (TNF) and interleukin-1β (IL-1β)), chemokines (such as CC-chemokine ligand 2 (CCL2)), reactive oxygen species (ROS) and nitric oxide (NO). MHC II upreguláció is, T sejtek számára antigén-prezentáció. Mikrogliális pro-inflammatorikus citokineken (pl. IL-12) keresztül T helper 1 (TH1) cells, vagy IL-23, IL-6, IL-1β, TGFb révén TH 17 differenciációt/aktivációt indukál. Saijo, Glass 2011
Mikro/makrofág lineage David, Kroner 2011
Macrophage (microglia) activation states Th1 responses Microbicidal activity Cytotoxicity, Tissue injury ↑MHC-II ↑B7 ↑iNOS ↑Il-1, Il-6
↑Il-12, Il-23 ↑TNFa +APC
Th2 responses Anti-inflammatory activity
Wound healing Tissue repair
Macrophages can follow different activation processes depending on the microenvironment.
↓MHC-II ↓ CD68 ↓ iNOS ↓ Il-12
↓ TNFa ↑arginase ↑Il-10 -APC
↑ ↑ ↑ ↓
MHC-II CD68 iNOS Il-12
↓ TNFa ↑Il-10 ++APC
Gea-Sorli, Closi. World J Gastrointest Pharmacol Ther. 1(5): 107-111,
Mikroglia – makrofág populációk idegrendszerben
CD: cluster of differentiation, nomenklatúra 1982
David, Kroner 2011
Mikroglia - markerek
(csak néhány...)
CD11b: integrin alpha M (ITGAM) = macrophage-1 antigen (Mac-1) or complement receptor 3 (CR3) CD45: protein tyrosine phosphatase, receptor type, C (PTPRC), leukocyte common antigen: hematopoietikus sejteken
CD163: egyik scavenger receptor (SCRC) család tagja, haptoglobin-hemoglobin (Hp-Hb) receptor CD204: scavenger receptor (tüdő – szilikon-indukált apoptózis) IBA-1: IC Ca++ kötő fehérje
http://www.prohisto.com/category_s/124.htm
Isolectin B4: griffonia (=bandeiraea) simplicifolia isolectin B4 (griffonia, afrikai kúszócserje)
lektinek: cukor-kötő fehérjék, de nem glikoproteinek !
Mikroglia - markerek
(csak néhány...)
ED1: CD68: macrosialin; acidic, highly glycosylated lysosomal glycoproteins (LGPs) család tagja, pl. lizoszomális membránokat védi hidrolázoktól
vakuolizált mikroglia látóidegben
CD206: mannose receptor 2 (C type lectin)
Rezaie, Lantos 2000
CD86: antigén-prezentáló sejteken expresszálódó fehérje, T sejt aktivációhoz szükség ko-stimuláció szignálokért felel CD32: sejtfelszíni antigén, hFcRII (Fc-gamma R2), IgG Fc részének leggyakoribb receptora
CD16: low affinity Fc receptor, hFcRIII (Fc-gamma R3) Arginase 1: (Arg1) citoplazmatikus enzim, májban nitrogén eliminációban van szerepe (arginine hidrolízis ureává és ornithin-né); míg klasszikusan aktivált makrofágokban iNOS termeli NO-t, addig, alternatívan aktivált makrofágokban az Arg1 csökkenti, nitrogén hozzáférhetőséget szabályozva http://www.oculist.net/downaton502/prof/ebook/duanes/pages/v7/v7c025.html
Mikroglia
Mikroglia migrációt irányító faktorok
ATP - kemoattraktáns - P2Y12 itt is kell - P2X4 is ADP - P2Y12/13
Adenozin - CD39 KO mikroglia migrációját ATP nem stimulálja, - de adenozin igen - migrációhoz adenozin KELL Glutamát, dopamin, epinephrine - szintén kemoattraktánsok lehetnek
Kemokinek (chemokines; chemotactic cytokines) - sérült neuron CCL21 kemokint termel, mikro számára kemoattraktáns - mikroglián ez több 10 percig tartó Clkonduktanciát okoz, kemotaxis Cl- csatorna gátlókkal blokkolható - CX3CR1 (CX3CL1 receptor) mikrogliális: van szerepe nyúlványmotilitásban, migrációban is - SDF1a (stromal derived factor 1) és mikroglális CXCR4 receptora - MCP-1: ezt maga az aktivált mikro termeli, tovább fokozza mikroglia akkumulációt aktiváció helyén cannabinoidok LPA (lysophosphatic acid) morfin
bradykinin NGF, HGF b-amyloid
Chemokines
összesen két Cys van bennük: egy az N-terminálisnál, a másik távolabb
két Cys egymás mellett
egy aminosav van közöttük
három aminosav van közöttük: fractalkine (ez az egyetlen ilyen típusú citokin)
A család 4 csoportjának elnevezése: az első (N terminálishoz közeli) két Cystein milyen távolságra van egymástól. CX3CR1: receptor CX3CL1: ligand
Mikroglia Szerepei egészséges agyban: - számon felüli szinapszisok eliminálása/fagocitózisa posztantális fejlődés során első két posztnatális hét: szinaptogenezis és remodelling (több kontaktus alakul ki, mint ami megmarad; synaptic pruning – éretlen és nem kellő szinapszisok eliminálódása)
- apoptotizáló újszülött neuronok eltávolítása felnőtt agy neurogén zónáiban - mikroglia-szinapszis kapcsolatok: 2 foton mikroszkópia: mikroglia átlagosan óránként egyszer, kb 5 percre kontaktusba kerül axon terminálisokkal és dendrittüskékkel - ha csökken a neuronális aktivitás, csökken a mikrogliális kontaktusok száma - ischaemia alatt a kontaktus hosszú (120 min) lesz - sérüléseknél mikroglia is részt vesz a „synaptic stripping”- ben (preszin. és posztszin neuron szeparálása glia-nyúlványokkal) Tremblay 2011
Mikroglia
- neuronális aktivitás regulációja a tripartite+mikroglia szinapszisoknál: mikrogliális ATP release → asztrogliális Glu release amplifikációja - neuronhálózatok mikroglia általi reorganizációja: 1 hétig vizuális ingerektől megfosztották egereket – szinaptikus gyengülés : mikroglia nyúlványok érintkezése zsugorodó dendrittüskékkel gyakoribb lett és fagocitózis jelei gyakoribbak - mikroglia eloszlás: agyterületenként változó de nagyon egyenletes
- a „nyugvó” mikroglia nagyon dinamikus sejt egészséges agyban is!! Jung 2000
Tremblay 2011
Jinno 2007
Mikroglia „Nyugvó” (resting) mikroglia : rendkívül dinamikus in vivo
in vivo two photon
Supplementary Movie S1. Typical motility of resident microglial cells in the intact mouse brain. Each frame is a maximum-intensity projection from stacks of fluorescence images recorded every 45 s (150 - 100 um below the pia; 2 μm axial spacing). (Image width, 150 μm; rate, 13 fps) Nimmerjahn 2005
Mikroglia
Supplementary Movie S2. Typical microglial cell motility in the resting state imaged through the thinned skull (individual cell). Each image is an overlay of two maximumintensity projection images, recorded at t0 = 0 min and ti = (t0 + i) min. 1 min sampling interval; 45 - 75 μm below the pia; 1 um steps). Green and red colors thus indicate new formation and deletion of microglial processes over time, respectively. (Image width, 51 μm; rate, 7 fps)
Supplementary Movie S3. High-resolution time-lapse series showing that microglial cells continually and repeatedly sample the brain parenchyma with highly motile protrusions. Individual images are maximumintensity projections through stacks of fluorescence images recorded every 15 s with 2-μm axial spacing through the thinned skull. (Image width, 22 μm; rate, 13 fps)
in vivo two photon
Nimmerjahn 2005
Mikroglia
Peripheral nerve transection experiment. Coronal section through contralateral control and operated (facial nerve nuclei of axotomized CX3CR11/GFP mouse day 7 after axotomy. NeuN/CX3CR11/GFP Jung S., Littman DR. et al MCB 2000 20(11):4106-14.
Mikroglia motilitás
kétféle mozgási aktivitás sejttest transzlokációja nélküli nyúlványmotilitás
ATP hatásra azonnali nyúlvány-extenzió (apiráz (ATP to AMP+P) gátolja) : P2Y12 rec. - P2Y12 KO: jelentősen kisebb nyúlvány-extenzió - P2Y12 : nyugvó állapotban expressziója robusztusabb, aktivációra csökken
migráció fejlődés
sérülés (lézió, stoke, ND) - migráció már 24 órán belül egyértelmű - csúcs 3 napnál - 5-10 um/min - nem kollektív, irányított migráció hanem random walk !! (?)
Mikroglia
Mikroglia
Ohsawa, Kohsaka 2011
microglial activation is amplified and prolonged in the aged brain compared to adults
Mikroglia
in vitro culture
in vitro culture
in vitro, culture
in vitro organotypic slice culture
in vitro culture
