Glutamát transzporterek asztrocitákban. EAA- Excitatory Amino Acid Transporter (EAAT) család. főleg asztroglia, de bizonyos neuronokon is

Glia fiziológia

Gliális neurotranszmitter transzporterek

Glutamát transzporterek asztrocitákban EAA- Excitatory Amino Acid Transporter (EAAT) család GLAST (EAAT1)

GLT1 (EAAT2)

EAAC1

asztroglia, radiális glián főleg asztroglia, de bizonyos neuronokon is

(EAAT3)

érett neuronok

EAAT4

Purkinje sejtek, GABA-erg interneuronok, retina

EAAT5

retina bipoláris és fotoreceptor sejtjei GLAST: Glutamate Aspartate Transporter GLT1: Glutamate Transporter 1 EAAC1: Excitatory Amino Acid Carrier 1

[Glu]EC: 2-5 uM (ez megnő persze neuron-tüzeléskor) [Glu]IC: 1-10 mM tehát Glu eltávolítás nagy koncentráció-gradienssel szemben kell, hogy történjen ! („uphill” translocation)

Glia fiziológia


Glutamát transzporterek asztrocitákban

be: 1 Glu-, 3 Na+, 1H+ ki: 1 K+ ionok koncentrációgradiensük szerint mozognak

elektrogén a transzporter mert befelé irányuló áram van és deploarizáció: a benti + töltés tovább segíti a – glutamát felvételét

alacsony Na+ic fenntartása kritikus a Glutamát uptake szempontjából !!!

glia

Glia fiziológia


Glutamát transzporterek asztrocitákban Glutamát: sokféle ionmozgást okoz asztroban

be: 1Glu3Na+, 1H+ 1. Na+/K+ pumpa ki: Na+ be: K+ energiaigényes és lassabb

2. Na+/Ca++ exchanger (NCX) gyors megfordulása: ki: Na+ be: Ca++ !!!

AMPAR aktiváció: be: Na+ ki: K+

eredmény: net Na+ influx Na+ic ~5mM  20-30 mM-ra nő ezt ellensúlyozza 1. és 2.

Glia fiziológia


Glutamát transzporterek asztrocitákban alacsony Na+ic fenntartása kritikus a Glutamát uptake szempontjából !!

glutamát transzport a Na+/K+ pumpa működése miatt energiagényes : 1 glu = 1.5 ATP

ha asztro energiája kevés és Na+/K+ homeosztázis felborul asztro nem tud glutamátot eltávolítani sőt !!! ilyenkor a transzporter működése meg is fordulhat

excitotoxicitás

de NCX „reverz” módja javíthat a helyzeten ! ki: Na+ be: Ca++ (asztrocitán relatíve magas denzitásban van NCX)

Glia fiziológia

Gliális neurotranszmitter transzporterek GABA transzporterek asztrocitákban

nem annyira fontosak asztroban mint glutamát-transzporterek, mert a GABA neuronális visszavétele sokkal nagyobb mértékű, mint glutamáté GABA transporter type 1 (GAT1) GABA transporter type 2 (GAT2) GABA transporter type 3 (GAT3)

http://www.csupomona.edu/~seskandari/

mindhárom van asztroban - HC, cortex asztroban főleg GAT3 - Bergmann gliában GAT1

Glia fiziológia

Gliális neurotranszmitter transzporterek GABA transzporterek asztrocitákban

glia be: 1 GABA és 2 Na+ Na+ elektrokémiai gradiense szerint

- GABAA akitvációra neuronba Cl- influx és hiperpolarizáció - gliában GABAA akitváció: Cl- efflux és depolarizáció

Glia fiziológia

Gliális neurotranszmitter transzporterek Glycin transzporterek asztrocitákban

Glycin: - gátló neurotranszmitter főleg gerincvelőben, agytörzsben, retinában - ugyanakkor glutamát ko-agonistája NMDA receptorokon: serkentő NT GlyT1 transzporter: asztrocitákon főleg

GlyT2 transzporter: neuronokon

be: 1 glycin, 2Na+, 1 Cl-

be: 1 glycin, 3Na+, 1 Cl-

Eulenburg 2005

Gliális GlyT1 reverzál potenciálja nagyon közel van a nyugalmi membránpotenciáljához: kis depolarizációra könnyen megfordulhat: nem vezikuláris gly release

Glia fiziológia

Gliális neurotranszmitter transzporterek Glycin transzporterek asztrocitákban glycinerg

Eulenburg 2005

hiperpolarizáció

Localization and proposed functions of GlyTs at excitatory and inhibitory synapses. At inhibitory synapses, glycine release from the presynaptic terminal activates postsynaptic GlyRs and thereby induces ClK influx – hyperpolarization – of the postsynaptic cell. At excitatory glutamatergic synapses, glycine acts as an essential co-agonist of postsynaptic NMDARs, whereas neighbouring glutamate receptors of the a-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic-acid receptor (AMPAR) subtype require only glutamate for channel activation. Here, glycine might be derived from neighbouring glycinergic terminals or even be released from astrocytes via non-vesicular mechanisms (e.g. reverse transport by GlyT1). GlyT2 is localized in the presynaptic plasma membrane of glycinergic neurons and transports glycine into the terminal, thereby enabling the refilling of synaptic vesicles with glycine by the HCdependent vesicular inhibitory amino acid transporter (VIAAT). GlyT1 is mainly expressed by glia cells surrounding both inhibitory and excitatory synapses. In addition, GlyT1 has been found on terminals of some excitatory neurons. Thus, GlyT1 mediates the clearance of glycine from the synaptic cleft of inhibitory synapses and, in addition, participates in the regulation of the glycine concentrations at excitatory synapses.

Glia fiziológia

Gliális neurotranszmitter transzporterek Egyéb transzporterek asztrocitákban

- sokféle más transzporter is lehet asztroban – attól függ, milyen neuron szomszédja ! asztro monoamin-szint dopamin – transzporterek szabályozásban betöltött szerepe norepinephrine - transzporterek még elég kérdéses ???? szerotonin – transzporterek hisztamin – transzporterek taurin – transzporterek (forward-uptake vagy reverse-release) Taurine = 2-aminoethanesulfonic acid, nem ionos ozmolit, szerves sav

DIDS: 4,4'diisothiocyanostilbene-2,2'disulfonic acid

http://www2.imbf.ku.dk/CellSignalling/IHLambert/

Taurine has many fundamental biological roles such as conjugation of bile acids, antioxidation, osmoregulation, membrane stabilization and modulation of calcium signaling. It is essential for cardiovascular function, and development and function of skeletal muscle, the retina and the central nervous system.

Ozmolitikumok („osmolytes”): - elektrolitok, melyek magas koncentrációban vannak jelen a citoszolban és ec. térben: pl. Na+, K+, Cl- kis szerves molekulák: aminosavak és származékaik (taurine, glutamate, glycine, GABA and N-acetylaspartate) - polyalkoholok (myoinositol, sorbitol) - aminok (glycerophosphoryl choline, betaine, creatine/P-creatine and phosphoethanolamine) Az agyban a legfontosabbak: - glutamate, myo-inositol, creatine, taurine és N-acetylaspartate - glutamate van a legnagyobb koncentrációban ezek között - taurine a rágcsáló agyban nagy koncentrációjú, de macska vagy emberi agyban szintje alacsonyabb (ezekben a fajokban a szintézise csak kismértékű)

Osmolalitás: szárazanyagkoncentráció / kg víz Osmolaritás: szárazanyagkoncentráció / l víz Osmotikus nyomás: szérum, emlős sejt: 300 mOsm/kg (szűk határok, 275-310 mOsm/kg)

Glia fiziológia Glia eredetű neuropeptidek - minden glia-típus képes termelésükre erősen régió-specifikusan és a fejlődés során változó módon - neuropeptid release: mechanizmus még elég tisztázatlan pl. asztro opioid termelése : osztódás és dendritnövekedés szab.

pl. asztro VIP termelése: agyi mikrocirkuláció szab. pl. ONEC sejt NPY termelése: axonnövekedés szabályozása olf. bulbusba

Verkhratsky Butt 2007

pl. asztro ANP és angitoenzin termelése: agyi víz homeosztázis szabályozása

Glia fiziológia Glia eredetű növekedési faktorok

Neurotophinok neuronális fejlődést, túlélést, funkcionálást támogatják NGF (nerve growth factor) BDNF (brain derived neurotrophic factor) NT-3, NT4 (neurotrophinok)

Fiziológiás hatások neuronális differenciáció fejlődés növekedés migráció pathfinding szinaptogenezis szinaptikus remodelling

Patológiás hatások neuronális regeneráció repair

Főleg asztrociták termelnek sokféle növekedési faktort ODG kevesebbet – de pl. netrin-1-et igen (ezt asztro nem expresszálja) – axon pathfinding

Glia fiziológia I.

Gliotranszmisszió

Csatornák, receptorok

Kapcsoltság, Ca++

Gliotranszmitterek

Ioncsatornák

Kapcsoltság

Nem – vezikuláris release

Aquaporinok

Glia szincícium/network

Vezikuláris release

Neurotransz mitter/neuro modulátor receptorok

Gap junctions

Transzporterek, egyéb glia eredetű faktorok

Glutamát receptorok GABA receptorok Purinoreceptorok

Endotelin receptorok

Hemichannels Asztro network térbeli/időbeli szabályozása

Gliális Ca++, Ca++ hullámok

Gliális neurotranszmitter transzporterek Glutamát transzporterek GABA transzporterek Glycin transzporterek

Egyéb transzporterek Ozmolitikumok

Citokin és kemokin receptorok

Glia eredetű neuropeptidek

Komplement rendszer

Glia eredetű növekedési faktorok

Glia fiziológia II. Agyi homeosztázis szabályozása

Ion-homeosztázis az extracelluláris térben „K+ spatial buffering” Retina, K+ siphoning Extracellular space Cl- homeosztázis

[Glu]ec szabályozása Ammónia [GABA]ec szabályozása

Ca++ homeosztázis

Víz - homeosztázis szabályozása

pH szabályozás

Swelling

AsztroGlia fiziológia

Ion-homeosztázis az extracelluláris térben A fő ion-transzport rendszerek asztrocitákban

3.előadás ODC-nél tárgyaltuk

Please recall your memories on neuronal firing….

…in about 1865 the first recordings of the time course of the action potential were made.. (ideg-izom prepik)…

AsztroGlia fiziológia Intracelluláris

Ion-homeosztázis az extracelluláris térben

K+ic: ~100-140 mM Na+ic: <10 mM Ca++ic: <0,0001 mM Cl-ic: ~30-40 mM (glia) Cl-ic: ~2-10 mM (neuron)

K+ec: ~2-2,5 mM Na+ec: ~130 mM Ca++ec: ~1.5-2 mM Cl-ec: ~100 mM

Neuronok: Na+, Ca++ influx: depolarizáció K+ efflux: repolarizáció EC térben relatíve alacsony a [K+], kicsi a térfogat - kis K+ release is nagy változást okoz Ha EC térben [K+] magas  a K+ efflux lassul, repolarizáció nem tökéletes  neuron depolarizált lesz, Na+ csatornák inaktiválódnak  „conduction block”

Neuron is ! Na+/K+ATPáz

Extracelluláris agyi környezet

Glia !

Kloridkapcsolt K+ uptake

K+ spatial redistribution

K+ec -t el kell távolítani !!


„K+ spatial buffering”

K+ térbeli pufferelés

1960, Stephen William Kuffler - piócából asztrocitát izolál + K+ - glia is elektromos választ ad

-neuronális aktivitást glia érzékeli: 1966, Orkand RK, Nicholls JG, Kuffler SW Effect of nerve impulses on the membrane potential of glial cells in the central nervous system of Amphibia. J Neurophysiol 29:788–806.

nervus opticus stimuláció

a nem mielinált axonok körüli gliában lassú de- és repolarizáció később extracelluláris mező-potenciál mérések és aktivitás-függő [K+]ec mérések optikai imaging agyszeleteken (intrinsic optic signals (IOS), ec. tér zsugorodása/tágulása)



-K+ec általában, normál fiziológiai aktivitás esetén ritkán nő 0,2-0,4 mM-nál többel -K+ec macska gerincvelőben a könyökízület ritmikus mozgatásakor (intenzív, de még fiziológiás neuronális aktivitás esetén) : 2-2.5 mM –ról → 4-4.2 mM -ra nő - ugyanakkor lokálisan, a szinapszisban és környékén ez a növekedés SOKKAL magasabb lehet: nagyon hatékony az eltávolítás mechanizmusa

- ischemia esetén K+ dyshomeostasis: K+ec =50-60 mM – ra is megnőhet

Kofuji and Newman, 2004

- epilepszia esetén ez az eltávolító-rendszer hibás lehet → K+ dyshomeostasis: K+ec =10-12 mM is lehet roham esetén


1. K+ feszültségfüggő csatornákon át távozik neuronból 2. normális esetben ennek nagy részét a sejt visszaveszi a 3Na/2K ATPáz ionpumpával

5.

3. a többlet K+ -ot a glia veszi fel szintén a 3Na/2K ATPáz révén illetve elektrokémiai gradiens mentén K+ csatornákon (Kir) át. Ekkor Cl- is kotranszportálódik, hogy fennmaradjon az ionegyensúly. Ezúton a lecsökkent ec Na+ is pótlódik.

6.

4.

4. a K+ többlet a réskapcsolatokon át szétterjed a glia-hálózatban 5. K+ csatornákon át leadódik az intersticiális térbe (spatial buffering) vagy a perikapilláris térbe (siphoning) 6. a perikapilláris térből endotélsejtek a 3Na/2K ATPase pumpa segítségével felveszik és a kapillárisba üríthetik

1.

3.

2.

http://archimede.bibl.ulaval.ca/archimede/fichiers/25580/ch05.html

Gliasejtek szerepe a [K+]ec homeosztázisban


A gliasejtek membránpotenciálja kb. −90 mV ami a nagyon hasonló a K+ ekvilibrium potenciálhoz.

A) Lokális K+ uptake. Amikor a [K+]ec nő, a gliasejtek K+-t akkumulálnak főleg Na/K–ATPase (vagy K+/Cl- kotranszporterek) révén. A gliális Na/K pumpák 10-15mM [K+]ec körül telítődnek (a neuronálisok már 3mM-nál). A lokális K+ uptake eléggé limitált, mert az [K+]ic növekedése víz influxot és duzzadást okoz. B) K+ spatial buffering. Lokális [K+]ec növekedés depolarizációt okoz, mely elektromos/kémiai gradienst képez az adott sejt és a szomszédos, kapcsolt asztociták között. Emiatt a K+ diffúzióval tovaterjed a hálózaton belül. K+uptake: főleg Kir4.1 K+ csatornák: ezek – bár inward rectifying csatornák – megengedik a K+ effluxot is: a K+ leadása is ezeken át történik. A Kir csatornák konduktanciáját a K+ ionok direkt regulálják: a konduktancia négyzetesen nő a [K+]ec növekedésével.



Orellana 2010 Role of astroglial gap junction communication in K+ spatial buffering and the tripartite chemical synapse. Glutamate released from presynaptic neurons (1) binds to ionotropic glutamate receptors, triggering a postsynaptic potential in the postsynaptic neuron and promoting the K+ release (2) during repolarization that is more prominent if action potentials are elicited (Box, enlarged in the right inset). Astrocytes surrounding the synapses take up glutamate (3) through EAAT1 and EAAT2 transporters. During high rates of neuronal activity, K+ accumulates in the extracellular space, and then is taken up by astrocytes (4) through at least inwardly rectifying potassium channels and Na+/K+-pumps. K+ that accumulates inside astrocytes diffuses to neighboring astrocytes (5a to 5b, follow arrows in astrocytes at the bottom) and oligodendrocytes (6) via gap junction channels, a process termed “spatial buffering”. Spatial buffering is contributed to by depolarization in regions of K+ accumulation; the increased positivity causes a current to flow out through membrane that is less depolarized. This outward flow is carried by K+, which is also the major charge carrier in the cytoplasm. Similarly, glutamate taken up by astrocytes diffuses (7a to 7b, follow arrows in astrocytes at the top) to neighboring astrocytes through gap junction channels. The glutamate is metabolized to glutamine (8) by glutamine synthetase and released to the extracellular milieu from which it is taken up by neurons (9) (Box, enlarged in the left inset). In neurons, glutamine is transformed to the neurotransmitter, glutamate (or GABA) (10).


Extracellular space

Régóta ismert: szinaptikus aktivitás az EC tér zsugorodásával is jár ! pl.:

Neuronális aktivitás akár 30% ec. tér zsugorodást okozhat – glia duzzadás miatt !

TMA mérések

intrinsic optical signal (IOS) időbeli lefutása neuronális stimuláció hatására agyszeletben piros:nő, kék: csökken – ez ec. tér zsugorodásával szélesedésével függ össze Kofuji,Newman 2004

„The IOS is a small change in the absorption (or reflection) of light that occurs in neuronal tissue when neurons are activated.”

AsztroGlia fiziológia IOS

IOS

[K]o

Extracellular space Intrinsic optikai szignál (IOS) intenzitása és az [K+]ec valamint az ec tér térfogat- változásai közötti öszefüggés. A) IOS a neocortexben, 4 másodperccel a VI rétegbeli stimuláció (2s, 50Hz train) után. A görbék az [K+]ec mutatják a különböző kérgi rétegekben. Maximum a IV. rétegben. A szaggatott vonal az alap [K+]ec =3mM – t mutatja, ez kb 10 mM-ra nő. Nyíl:stimuláció kezdete. B) IOS 4 másodperccel a stimuláció kezdete után. A görbék itt az ec tér térfogatváltozását (shrinkage!) mutatják a különböző kortikális rétegekben. Nyíl:stimuláció kezdete.

ec.térfogat mérések: (TMA+) tetramethylammonium EC térfogat diffúzió mérése csökkenése TMA szelektív Witte 2001 ec.tér microelektóddal Nicholson, Eva Sykova 1998


Extracellular space

EC tér (ECS) (fixálás miatt zsugorodás) Diffúziót szabályozó tényezők az EC térben. a=volume fraction, l=tortuosity a – geometria (l tekervényesség, labirintus-faktor) b – holt tér (átmeneti megrekedés) c – akadály (intersticiális viszkozitás, mátrixmolekulák) D = diffúziós állandó vízben d – kikötődés falhoz, receptorhoz, D*= diffúziós állandó ECS-ben mátrixhoz – vagy uptake quantum dot nanokristályok: ECS átlagos e - töltés szélessége in vivo patkány cortexben: ~38 - 64 nm Sykova, Nicholson 2008


Extracellular space

ECS mérés módszerei Radiotracerek -kamrai injektálás, [3H]mannitol, [14C]- [3H]sucrose [14C]- [3H]inulin - 3-5 órás diffúzió, utána fixálás blokkok kimetszése, előhívása

Real-time iontofophoresis technique (RTI) - iontoforetikus és ion-szelektív mikroelektródok (ISM) párosítása (lehet 2 pár is, x-y, x-z) - az elektródok kihúzva az agarban kontroll méréseket csinálnak - RTI-TMA: ha tetramethylammonium diffúziót mérünk Real-time pressure ejection technique (RTP) - kis térfogatok beinjektálása az agyszövetbe Sykova, Nicholson 2008


Extracellular space

Integrative optical imaging (IOI) és RTI-TMA k’= rate constant 0,012/second a TMA 1,2%-a szállítódik az adott útvonalon másodpercenként

- fluoreszcens molekulák injektálása (pressure) - ÉS TMA iontoforézis ugyanazon a setup-on, szimultán !

Pl. dopamin, serotonin stb. is alkalmas mérésre spec. elektródokkal Sykova, Nicholson 2008

AsztroGlia fiziológia IOI measurements in vivo

Extracellular space 3 kDa dextran

Quatum dot

Sykova, Nicholson 2008


Sykova, Nicholson 2008

Extracellular space

Hypoxia: EC térfogat csökken (kisebb a)

normal

disease Sykova, Nicholson 2008


Inward rectifier kálium csatornák (Kir) nagy denzitásban és lokalizáltan a glián (pl Kir4.1) periszinaptikusan és perikapilláris területeken.


Térbeli K+ pufferelés a gliasejtek nagy K+ permeabilitásától és a glia hálózattól függ

AQP4 és Cx43 együttműködése: primer asztro tenyészet: AQP4 knockdown (siRNS) Cx43 downregulációt okozott és a kapcsoltság csökkent (Nicchia 2005).

Kir4.1 és AQP4: kolokalizáció, ko-immunprecipitáció és molekuláris kölcsönhatások !! Szoros kapcsolat ! Benfenati and Ferroni, 2010



- epilepszia esetén a K+ eltávolítórendszer hibás lehet → K+ dyshomeostasis: K+ec =10-12 mM is lehet roham esetén

Extracell [K+] mérése egy mérés

- glia-specifikus Kir4.1 deléció - HC stratum radiatum szinaptikus aktiválás - ec. K+ konc. mérése ionszenzitív elektróddal - eredmény: ec. K+ eltávolítás késleltetett

sok mérés


Retina, K+ siphoning

IPL

Retina szerkezete

http://www.bem.fi/book/28/28.htm

SRS

subretinal space

Retina, K+ siphoning

AsztroGlia fiziológia SRS

IPL

The cells of the retina and their response to a spot light flash. The photoreceptors are the rods and cones in which a negative receptor potential is elicited. This drives the bipolar cell to become either depolarized or hyperpolarized. The amacrine cell has a negative feedback effect. The ganglion cell fires an action pulse so that the resulting spike train is proportional to the light stimulus level.

ELECTRORETINOGRAM http://www.bem.fi/book/28/28.htm

Pigment epitélium tartja alacsonyan itt a K+ec-t

Retina, K+ siphoning 1980’s, Eric Newman

subretinal space

ez a fotoreceptor stimuláció után a pigment epitélium hatása

1. K+ ürül az IPL (inner plexiform layer)-ből neuronális stimulációra

2. K+ bekerül a Müller gliába 3. K+ a Müller gliából főleg az erekbe és az üvegtestbe jut a végtalpakon keresztül

IPL: legtöbb szinapszis itt van a retinán belül

Newman 1996

„K+ reservoir”

üvegtest

4. A fény által indukált ec. [K+] csökkenés a szubretinális térben K+ kiáramláshoz vezet a Müller gliából

Müller sejten belül a K+ konduktancia 94%-a ide koncentrálódik ! Kir csatornák itt !


K+ic: ~100-140 mM Na+ic: <10 mM Ca++ic: <0,0001 mM Cl-ic: ~30-40 mM (glia) Cl-ic: ~2-10 mM (neuron)

K+ec: ~2-2,5 mM Na+ec: ~130 mM Ca++ec: ~1.5-2 mM Cl-ec: ~100 mM

Cl- homeosztázis - anion-csatornák nyitásán át Cl- efflux gliából (pl. hipozmotikus stressz esetén) - vagy Na+/K+/2Cl- kotranszporter segítségével asztro akkumulálhat is kloridot

Ca++ homeosztázis - neuronális aktivitáskor neuron Ca++-t akkumulál, ekkor [Ca++]ec leesik 1 mM alá

- ha [Ca++]ec alacsony, akkor neurotranszmisszió gátlódhat - ha [Ca++]ec 0,5 mM alá esik  gliális Ca++ raktárból (ER, IP3) Ca++ felszabadulás  plazmamembrán Ca++ pumpán vagy Na+/Ca++ exchanger-en keresztül Ca++ release  [Ca++]ec helyreáll - ischemia esetén [Ca++]ec 0,01-0,1 mM is lehet


pH szabályozás

- intracelluláris pH = 6.8 - 7.5 neuronban, gliában is

- extracelluláris pH = 7.1 - 7.3

[H+]ic = ~30-160 nM

[H+]ec = ~50 nM

- pontos EC pH szabályzás nagyon fontos ! mert például: - pH = 7 alatt NMDAR működése gátlódik - savanyodás proton-szenzitív kation-csatornákat aktiválhat (ezek: ASIC=acid-sensitive ion channels)

- neuronális működés CO2 termeléssel jár – ami H+ termeléssel jár CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ HCO3− + H+ - emelett a neuronok H+-t ürítenek is: szinaptikus vezikulák pH-ja = 5.6 - ezekkel a folyamatokkal részben a gliális bikarbonát és proton transzporterek tartanak egyensúlyt - Na+/HCO3- kotranszporter (NBC) fontos: mindkét irányban működhet !


[Glu]ec koncentráció szabályozása

glutaminase glutamine synthase

[Glu]IC~1-10 mM [Glu]IV~100 mM

[Glu]IC~50uM-1 mM

[Glu]EC~1uM

glutamát-glutamin sönt

Neuronális glutaminsav reciklizálása: glutamát-glutamin ciklus

Siegel GJ, Agranoff BW, Albers RW, et al., editors. 1999

Glu transzporterek



Serkentő (glutamaterg) szinapszis

GLNase

Bak 2006

tricarboxylic acid cycle (TCA cycle; Krebs cycle; citric acid cycle)

Ammónia

- szabad ammónia keletkezik neuronban - hiperammonémia veszélyes lehet (gliózis, encephalopátia, felborult Glu/Gln ciklus)

ödéma,

ischemiás

- agy ammónia ürítésének fő útja: gliális GS révén gyártott Gln leadása a vérbe

Akkumulált Gln ozmotikus hatása miatt asztro duzzadás

SIRS: systemic inflammatory response syndrome



-ha Gln[EC] olyan magas, hogy a neuronális Gln felvétel telített, akkor a gliális glutamin leadás gátlódik a „system N” transzport megfordulásával

„System N”: gliális Gln leadás/felvétel

Gln transzporterek

(„Na+-glutamine symporter and a H+ antiporter, sodiumdependent, yet electroneutral”

„System A” transzporter: neuronális Gln felvétel („concentrative, sodiumdependent and electrogenic”)

„System L” : aminosav antiporter, Na+independent, gliális Gln ürítés és nem-neuroaktív aminosavakba (pl. Leu, Ala) „csomagolt “ammónia felvétele (aminosav shuttle) Gliában rel. kisebb jelentőségű transzporter. Bak LK. et al. 2006


[GABA]ec koncentráció szabályozása

Gátló (GABAerg) szinapszis

glutamate decarboxylase

Bak LK. et al. 2006

glutaminase

- GABA-erg neuronoknál fontosabb a re-uptake mint a szintézis - GABA-erg terminálisokban kisebb a Gln raktár - GLIA az idegi gátlást tudja kontrollálni ily módon !



- agyi vízháztartás szabályozása neuropeptidek révén: vazopresszin (VP), ANP (atrial natriuretic peptide, atriopeptin), angiotenzinogén, angiotenzin Gliális vízmozgás: aquaporinok !! Vazopresszin - asztrocitákon V1 vazopresszin receptorok mediálta intracell Ca++ release - víz-permeabilitás gliába nő ANP - VP hatás antagonizálása - ANP-t asztrok is termelik, szekretoros granulákba csomagolva Ca++ függő módon ürítik Angiotenzin - előállítás angiotenzinogénből, ami főleg asztroban van: de angiotenzin inkább neuronális (előállítás/inkorporáció útvonala még: ???) - asztrociták angiotenzin recetor II-t expresszálnak, aktivációjukra ic. Ca++ raktár ürülés és pl. prostacyclin (eicosanoid) release - vazodilatáció e rendszer minden eleme szintetizálódhat az agyban is



Asztrociták az extracelluláris ozmolaritást érzékelik:

pl. hipozmotikus stressz (EC ozmolaritás ↓)  asztro duzzadás  RVD

(agyi ödéma !)

regulatory volume decrease : (szabályozott térfogatcsökkenés) ozmotikusan aktív anyagok kizárása a sejtből

K+ Cl-, szerves aminok, glutamát, glutamin, glycin, taurine, GABA release

astrocyte http://hatam-soferet.dreamwidth.org/702473.html

majd passzív víz efflux

Súlyos esetben (hypoxiaischaemia, trauma): nagyfokú asztro-duzzadás (citotoxikus ödéma) és RVD gyengülése - megszűnése !



Swelling

moderate, transient swelling of astrocyte endfeet occurs at active synapses 1. végtalpakon K+, Na+ és Glu- uptake (Kir4.1, Na/Glu kotranszporterek, és valószínűleg egyéb ?? kation csatornák): IC ozmolit-koncentráció nő 2. ozmotikus viszonyok által irányított víz influx (aquaporin, AQP4) és duzzadás (swelling) 3. „volume sensing and osmotransduction”  nem teljesen feltárt eseménysorozat  mely végső soron RVDhez (regulatory volume decrease) vezet: swelling-indukálta ic. Ca++ ↑ (ic. Ca++ raktár ürülés és kapacitatív Ca++ influx ??TRPV4 ?? csatornákon át) kíséri a jelenséget 4. RVD: ozmolitikum efflux: Cl-, taurin, excitatorikus aminosavak ürítése volume-regulated anion channel (VRAC) – on keresztül és valószínűleg K+ efflux volume-sensitive (és Ca++ függő?) K+ csatornákon át 5. IC ozmolitikumok kiáramlását követően víz efflux, térfogatcsökkenés Benfenati, Ferroni 2010

Ca++ szerepe e folyamatokban még erősen kérdéses (vannak változását cáfoló adatok is) ! Egy csomó kináz is aktiválódik swelling esetén: sok még a ??? Gliális RVD ionos mechanizmusai is : ????



szinaptikus aktivitás  glia duzzadás  lokális ec. tér szűkülés  hatékonyabb szignalizáció (neurotranszmitter koncentrációja nagyobb és a „spillover” kisebb) - periszinaptikus glia végtalp lokális duzzadása - távoli végtalpakon zsugorodás : sokszor kimérték, hogy neuronális aktivitásra hogyan változik EC tér a stimuláció helyén és attól távol

IOS

Kir és AQP kolokalizáció, ko-immunprecitipáció, molekuláris együttműködés !

… AQP4 deletion in mice has little or no effect on development, survival, growth, and neuromuscular function, but produces a small defect in urinary concentrating ability consistent with its expression in the medullary collecting duct... Ma, 1997

Víz - homeosztázis szabályozása C: experimental design: AQP4 KO egerek -30%

-20%

D: Glt-1–EGFP egerek, Texas red hydrazide töltött szeletek A festéket szelektíven asztro veszi fel. (ez a sulforhodamine 101 (SR101) fixálható változata)

E: 20% ozmolaritás csökkenés (−20% Osm): WT sejttest jobban duzzad mint KO. Utána RVD mindkét esetben. Komolyabb ozmotikus stressz esetén (−30% Osm) folyamatos a duzzadás, nincs RVD. AQP4-/- egerek: jelentősen csökkent agyi ödéma víz intoxikáció esetén !

Thrane 2010 PNAS


Víz - homeosztázis szabályozása Ca++ szint változások asztroban 30 perccel i.p. víz injekció után (200 mL/kg desztvíz, kb 4 ml/egér). In vivo 2 foton

imaging! Rhod2: Ca++ mérés/asztro Glt-1– EGFP . FITC-dextran: erek kirajzolása. Asztro sejttesten és perikapilláris végtalpon a legintenzívebb és legtartósabb a Ca++ jel.

Dextran: elágazó poliszacharid, sok glükózból

Tenyésztett asztro ATP release ozmotikus sokkban nagyobb (WT only !)

P2 purinrec. blokkkolása is csökkenti az ozmotikus stresszre Ca++ jellel válaszoló asztrok számát.

Thrane 2010



3D confocal morfometria hGFAP-GFP egerek, hipozmotikus körülmények

Glutamát transzporterek asztrocitákban. EAA- Excitatory Amino Acid Transporter (EAAT) család. főleg asztroglia, de bizonyos neuronokon is

Recommend Documents