GFAP
7-9 nm
25 nm
Mikrofilamentum Mikrotubulus (aktin)
10 nm
Intermedier filamentum
Hermann H., Aebi U. 2000, Curr Op. Cell Biol., 12: 79-90
Sejtváz
Sejtváz
- IF: egyes Metazoákban, pl. gerincesekben, fonálférgekben puhatestűekben 2011-ig: rovarokban csak laminok vannak 2011: találtak egy isomin nevű IF szerű proteint itt is
- nem minden sejttípusban van IF - legősibbek: laminok - könnyen hajlanak - nehezen törnek - mechanikus stabilitás
Intermedier filamentumok
Intermedier filamentumok globuláris fej
helikális központi domén
NH2
globuláris farok COOH
vimentin
neurofilament
glial filament
Kreplak L.
Parallel coiled-coil dimer (vimentin)
Intermedier filamentumok
frog NF, 11 nm
neurofilamentum Herbert E. Lowndes PPT Leapman 1997
Intermedier filamentumok
Parallel
Anti parrallel Protofilamentum (unit)
a: IF unit-ok b: immature IFs c: mature IFs Chang, Goldman 2004
8 parallel protofilaments
GFAP
GFAP gén és transzkriptumai
1969, Eric Shooter és mtsai közölték először az AA szekvenciáját 1984, Lewis, Cowan és mtsaik klónozták meg a gént (mouse) majd 1989, Reeves és mtsai a humán változatot
A GFAP gén. 9 exons + 2 alternatív exon (7a: 7. intron eleje). - kódoló régióban fajok közt nagy homológia - humán génben 9 exon és 8 intron (+4 alternatív exon és intron) - 76 különböző mutációt írtak le: mind az Alexander disease-zel kapcsolatos Middeldorp 2011
GFAP
Alternatív splicing a humán GFAP génben: szürke-exon; piros-exon, aminek egy része kihasítódott (spliced out).
Általában alternatív splicing csak kevés IF-re jellemző: LaminA, perpherin, GFAP.
Middeldorp 2011
GFAPa: a leggyakoribb mRNS izoforma GFAPb: emberben nem kimutatható GFAPg: emberben nem írták le részletesen csontvelőből, lépből izolálták először CNS-ben nagyon kis mennyiségben van jelen GFAPd: exon7+ (7.intronban – 8.9. exonokban folytatódik) rat GFAPe: exon7a (8-9.exon hiányzik), rat Middeldorp (2011) szerint GFAPd/e lényegében ugyanaz – GFAPd nevet használják GFAP164: out of frame splice variáns u.a. fehérje: GFAP1+ GFAPexon6: out of frame splice variáns GFP 135: in frame splice variáns Alzheimer, Down kór – HC neuronokban expresszálódó izoformák
2011: GFAP alternatív splicing regulációról eddig csak 1 cikk szól
GFAP
GFAPk: exon7b (8-9.exon hiányzik) Middeldorp 2011
GFAP
GFAP isoform proteins -
HEAD domén intaktsága feltétele az összeszerelődésnek összeszerelődést foszforiláció szabályozza (főleg vimentinben vizsgált!) GFAP: 6 foszforilációs hely (5-head, 1-tail), nagyon konzervatív helyek, foszforiláció fontos sejtciklus során a redisztribúcióban GFAPd-ban van még egy foszforilációs hely poszt-transzl mod. még: glycosilation, citrullination
- TAIL domén: type III IF-ban főleg a protofilamentum kapcsolatok stabilizálása, filament-szélesség szabályozása, IF network kialakulás szabályozása - GFAP esetén TAIL funkció nem teljesen tisztázott: talán IF és más fehérjék kapcsolódási pontja is
Middeldorp 2011
GFAP
GFAP network Asztro: Vimentin+ GFAP+ Nestin+ Kopolimerizáció !
Vimentin/GFAP
Michalczyk, Ziman 2005
http://encorbio.com/monoclonal/MCA-2A52.html
GFAP
GFAP network
- vimentin -/- egérben (egér OK!) csak GFAP tartalmú IF: kompaktabb filamentumok - GFAP-/- egérben IF mennyiség kisebb in vitro, in vivo pedig az összes vizsgált agyterületen az asztrocitákból teljesen hiányzik (egér OK!) !!
Control
Vim -/-
- úgy tűnik, vimentinnek kell a GFAP a polimerizációhoz (nestin is jó...) - GFAP overexpresszió: Rosenthal-fiber akkumuláció asztrocitákban
Control
Vim -/-
Eng 1998
Eliasson 1999
Middeldorp 2011
GFAP
GFAP network
- csak a GFAPa variáns képes homomer ön-összeszerelődésre - az összes többi splice-variánsnak kell egy már meglevő (vimentin) network - vimentin-synemin: kopolimerizáció; GFAP-synemin: synemin mint IFAP
GFAP expresszió - eredetileg asztrocita-specifikusnak gondolták (Eng, 1971) - később leírták több glia típusban és nem gliális/nem-CNS sejtekben is Pl.: chondrocytes, fibroblasts, lymphocytes, liver stellate cells, kidney podocyte
GFAP expresszió szabályozása - GFAP promoter klb. szakaszai más-más TF kötő-hely (ripoter egér nem mindegy, melyik régióról van meghajtva!!) - pl. gfa2 promoter (humán GFAP gene -2163/+47, A,B,C,D régióra osztva) - B régió: kell a CNTF indukálta asztrocita differenciációhoz - -106/-35 element: NFI TF kötő-hely: hiányában nem tud hosszabb nyúlványokat növeszteni az asztro
Middeldorp 2011
GFAP
GFAP expresszió az idegrendszerben
- humán agyban GFAP expresszió kb. 9-12. héten kezdődik radiális gliában (agyterülettől függően) Főemlős !! - SVZ őssejtekben felnőttkorban is megmarad - vimentin+ vimentin+/GFAP+ GFAP+ - de bizonyos területeken végig vimentin+/GFAP+, pl. Bergmann-glia, corpus callosum és HC asztrociták - életkorral GFAP expresszió (és asztrociták volumene) nő (nem a gliaszám nő) (~reaktív gliózis) Majom corpus callosum, GFAP western, évek
- GFAP a CSF-ben is nő (neurológilag egészséges emberekben) – vérben nem kimutatható de itt pl. szérumban megjelenik
- GFAP1+ fejlődő humán agyban nincs jelen, felnőttben Alzheimeres betegek HC neuronjaiban illetve kis asztro populáióban, melyre extra hosszú nyúlványok jellemzőek - többi izoformáról inkább mRNS szintű adatok vannak
Middeldorp 2011 Sloane 2000
GFAP
GFAPd - GFAPd asztrociták az SVZ-ben – őssejtek lehetnek (legalább egy szubpopulációjuk)
GFAPd in adult human brain
SVZ astrocyte ribbon
A: Subpial G: SVZ Roelofs 2005
Sanai 2004
- fejlődés során GFAPd VZ radiális gliában megjelenik GFAPa-val együtt (1315.hét, humán) és megmarad SVZ sejtekben, és RMS-ben - humán SVZ-ben, NS sejtvonalakban GFAPd expresszió magas - GFAPd expresszió még: central canal környékén, glia limitans-ban, gliomákban, gliotikus sejtekben (tehát ahol magas GFAP tartalom kell) - GFAPd nem tud ön-összeszerelődni, csak ha GFAPa is jelen van, jóval nagyobb arányban (1:10, kémcsőben) – tehát GFAPd jelen lehet normál GFAP-ban is, valószínűleg más kötési lehetőségeket teremtve Middeldorp 2011
GFAP funkciói - mechanikai stabilitás, sejtalak fenntartása, bár...: - GFAP -/- egér: normális, fertilis, vagyis GFAP nem esszenciális DE azért van mégiscsak egy csomó defekt ! - valamennyi vimentin azért maradhat GFAP-/- sejtekben is (ha nem is struktúrált) ... kontroll - GFAP-/-/vimentin -/- egér: (egér OK!) teljesen IF mentes asztrociták: köszönik, megvannak... - vim-/- egér: kompaktabb GFAP a: jellegzetes IF rostok (*) vad típusú asztrocitában b: GFAP-/- asztroban ritkás IF rostok (nyilak) c: vimentin-/- asztroban kompakt GFAP rostok d: GFAP-/-/vimentin-/- asztroban egyáltalán nincsenek IF rostok Mi, mitochondrion; thick arrows, endoplasmic reticulum and/or cluster of ribosomes; arrowheads, microtubules Eliasson 1999
vim-/-
GFAP-/GFAP-/-/ vim-/-
Nestinről .. 1990, Lendahl, Zimmermann, McKay nestin IF leírása – először CNS őssejtekben ! - nestin-/- egér: embrionálisan letális, sokkal kevesebb NSC és magasabb mértékű apoptózis a velőcsőben DE citoszkeleton mégis OK (vimentin) - vimentin -/- NS sejtekben: nestin nem tud filamentumokba polimerizálódni, de nem nagyobb az apoptózis nestin kell az NSC túléléshez és differenciációhoz, de ez a funkciója nem a citoszkeletális szerepével kapcsolatos !!
NSC tenyészet
GFAP
GFAP funkciói – vezikula trafficking és asztrocita/neuron interakció
- GFAP -/- egérből szinaptoszóma prepi: csökkent Glu uptake, csökkent glutamaterg vezikula transzport
- GFAP hiányában gliális GLAST és érdekes módon a neuronális EAAC1 glutamát transzporter szintje is csökken - GFAP hiányában gliális GLT-1 glu transzporter kipakolódása nem történik meg
szinaptoszóma
GFAP
GFAP
GFAP funkciói – asztrocita/neuron interakció
- GFAP szabályozza GLAST kipakolódását a plazma-membránba
GLAST - membánban
-ko-immunprecipitáció: GFAP, GLAST, NHERF1 (PDZbinding protein), ezrin (aktinhoz köt)
-GFAP stabilizálja az asztro-nyúlványt és a GLAST membránban tartását klb. linkerek (ezrin, NHERF1) révén - hypoxiás területeken GLAST eltűnik asztro membránból – itt GFAP is visszahúzódik sejttestbe (K)
GFAP/GLAST
hypoxia
GFAP/GLAST
control
GFAP
GFAP funkciói – asztrocita/neuron interakció
- GFAP -/- egérben kisagyi Purkinje szinapszisok LTD deficiensek : GFAP valószínűleg fontos a Bergmann glia/Purkinje sejt kommunikációban LTD indukciója és fenntartása során A: kisagy, Purkinje sejtek dendritjeit Bergmann glia (sötét vonalak, nyílhegyek) veszik körül. A két B betű Bergmann glia sejttestét jelenti a Purkinje sejttesthez közel. Csillag: kapilláris B: S100+ Bergmann glia Purkinje mellett
- GFAP -/- hippocampusban LTP normális/ más cikkek szerint enhanced LTP (pl. spike amplitúdó nő, stb.) Hatton, Parpura 2004
GFAP
GFAP funkciói – sérülés, hegképződés
- reaktív gliózis: GFAP upreguláció: „gliális hegszövet”
Sofroniew, Vinters 2010
Cerebral microinfarcts.
- GFAP-/-/vimentin-/- egér: hibás hegképzés - csak GFAP-/- vagy vimentin -/- egér: hegképzés kb egyforma - csak GFAP-/-: traumás és ischemiás állapotra is érzékenyebbek, ekkor neuronvesztés is nagyobb (HC piramis-sejt pusztulás nagyobb)
Glia- patofiziológia
Alexander’s disease, AxD
astroglial disease !! 1949, Stewart Alexander gyerekeket, fiatalokat érintő ritka, de fatális neurodegeneratív megbetegedés; ha félévesen jelentkezik – 2-4 év túlélés, ha 9 évesen jelentkezik – 8 év túlélés; van felnőtt változat is - igen ritkán - a fej fokozatos megnagyobbodása (megalencephália)
- retardáció, szpaszticitás, 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 (a,b-crystallin, hsp27) asszociáció - ok: GFAP mis-sense mutációja, többnyire de novo mutáció, nem öröklött (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) http://neuropathology-web.org/chapter10/chapter10fLeukodystrophies.html
Read it !
GFAP
GFAP funkciói – BBB, myelináció
GFAP-/-
GFAP-/-
- GFAP-/- egér: 14-ből 7 öreg (18 hónaposnál idősebb) egérnél hydrocephalus !! - abnormális myelináció - gyengén vaszkulariált fehérállomány
vad
vad
-BBB hibás, rövidebb asztro nyúlványok, megnövekedett extracell tér vad
GFAP-/-
GFAP-/-
- “late onset CNS dysmyelination” v.ö: GFAP tartalom életkorral nő, lásd pár diával korábban! 18 hónaposnál idősebb egerek a,b: hydrocephalus f,g : reduced cc thickness Liedtke 1996
