stringtranslate.com

Олигодендроцит

Олигодендроциты (от греческого  «клетки с несколькими ответвлениями»), также известные как олигодендроглии , представляют собой тип нейроглии , основными функциями которой являются обеспечение поддержки и изоляции аксонов в центральной нервной системе (ЦНС) челюстноротых позвоночных . Их функция аналогична функции шванновских клеток , которые выполняют ту же задачу в периферической нервной системе (ПНС). Олигодендроциты достигают этого, образуя миелиновую оболочку вокруг аксонов. [1] В отличие от шванновских клеток, один олигодендроцит может расширить свои отростки, чтобы покрыть около 50 аксонов, [2] при этом каждый аксон обернут примерно в 1 мкм миелиновой оболочки. Кроме того, олигодендроцит может предоставлять миелиновые сегменты для нескольких соседних аксонов. [1]

Олигодендроциты встречаются исключительно в ЦНС, которая включает головной и спинной мозг . Когда-то считалось, что эти клетки образуются в вентральной нервной трубке , эмбриональном предшественнике ЦНС. Однако недавние исследования показывают, что олигодендроциты происходят из вентральной желудочковой зоны эмбрионального спинного мозга, с некоторыми потенциальными концентрациями в переднем мозге . [3] Примечательно, что олигодендроциты являются последним типом клеток, которые образуются в ЦНС. [4] Олигодендроциты были обнаружены Пио дель Рио Хортегой . [5] [6]

Классификация

Олигодендроциты — это тип глиальных клеток , не являющихся нейронами в нервной системе. Они возникают в процессе развития из клеток-предшественников олигодендроцитов (OPC), [7] которые можно идентифицировать по экспрессии ряда антигенов , включая ганглиозид GD3, [8] [9] [10] хондроитинсульфат протеогликан NG2 и субъединицу рецептора тромбоцитарного фактора роста-альфа (PDGF-альфаR). [11] Зрелые олигодендроциты в целом классифицируются как миелинизирующие или немиелинизирующие сателлитные олигодендроциты. Предшественники и оба зрелых типа обычно идентифицируются по экспрессии ими фактора транскрипции OLIG2 . [12]

Разработка

Большинство олигодендроцитов развиваются во время эмбриогенеза (в утробе матери) и ранней постнатальной (послеродовой) жизни из ограниченных перивентрикулярных зародышевых областей. [13] Образование олигодендроцитов во взрослом мозге связано с глиальными клетками-предшественниками , известными как клетки-предшественники олигодендроцитов (OPC). [14] OPC субвентрикулярной зоны активируются, а затем мигрируют из зародышевых [14] зон, чтобы заселить как развивающееся белое , так и серое вещество , где они дифференцируются и созревают в миелинобразующие олигодендроциты. [10] [15] Однако неясно, все ли предшественники олигодендроцитов проходят эту последовательность событий. [16]

Между серединой беременности и срочными родами в белом веществе головного мозга человека обнаруживаются три последовательные стадии классической линии человеческих олигодендроцитов: OPC, незрелые олигодендроциты (немиелинирующие) и зрелые олигодендроциты (миелинизирующие). [17] Было высказано предположение, что некоторые из них подвергаются апоптозу [18], а другие не дифференцируются в зрелые олигодендроциты, но сохраняются как взрослые OPC. [19] Примечательно, что популяция олигодендроцитов, возникшая в субвентрикулярной зоне, может быть значительно увеличена путем введения эпидермального фактора роста (EGF). [20] [21]

Функция

Миелинизация

Олигодендроцит, миелинизирующий несколько аксонов.

Нервная система млекопитающих в решающей степени зависит от миелиновых оболочек, которые уменьшают утечку ионов и уменьшают емкость клеточной мембраны для быстрой передачи сигнала. [22] Миелин также увеличивает скорость импульса, поскольку скачкообразное распространение потенциалов действия происходит в узлах Ранвье между клетками Шванна (ПНС) и олигодендроцитами (ЦНС). Кроме того, скорость импульса миелинизированных аксонов увеличивается линейно с диаметром аксона, тогда как скорость импульса немиелинизированных клеток увеличивается только с квадратным корнем из диаметра. Изоляция должна быть пропорциональна диаметру внутреннего волокна. Оптимальное отношение диаметра аксона, деленного на общий диаметр волокна (включая миелин), составляет 0,6. [23]

Олигодендроциты в мозжечке крысы, окрашенные антителами к основному белку миелина красным цветом, а к ДНК — синим. Отчетливо видны два тела олигодендроцитов, а также несколько миелинизированных аксонов. Это полые трубки, поэтому на этом конфокальном изображении они выглядят как «трамвайные пути». Большая часть ДНК находится в ядрах зернистых клеток мозжечка , которые представляют собой небольшие интернейроны . Изображение и окраска антителами от EnCor Biotechnology Inc.

Миелинизация распространена только в нескольких областях мозга при рождении и продолжается во взрослом возрасте. Весь процесс не завершается до возраста 25–30 лет. [23] Миелинизация является важным компонентом интеллекта, и количество белого вещества может положительно коррелировать с результатами теста IQ у детей. [23] Крысы, которые были выращены в обогащенной среде, которая, как известно, увеличивает когнитивную гибкость , имели больше миелинизации в мозолистом теле . [24]

Иммунная функция

Олигодендроциты, наиболее известные своей ролью в миелинизировании аксонов в центральной нервной системе, также выполняют важные функции в иммунной регуляции. [25] Эти клетки могут влиять на иммунную среду, секретируя цитокины и хемокины, которые модулируют активность различных иммунных клеток. Олигодендроциты экспрессируют рецепторы, которые позволяют им реагировать на воспалительные сигналы, тем самым участвуя в защитных механизмах мозга. Кроме того, они играют роль в поддержании гематоэнцефалического барьера и могут способствовать разрешению воспаления, подчеркивая их многогранную роль как в поддержании нейронов, так и в иммунных реакциях. [25] [26] Хотя большинство исследований было сосредоточено на иммунных функциях OPC , [26] [25] считается, что сами олигодендроциты по-прежнему обладают значительными иммунными функциями. [25]

Метаболическая поддержка

Олигодендроциты тесно взаимодействуют с нервными клетками и обеспечивают трофическую поддержку путем выработки нейротрофического фактора, полученного из глиальных клеток (GDNF), нейротрофического фактора, полученного из мозга (BDNF), или инсулиноподобного фактора роста-1 (IGF-1). [27] Они также могут напрямую поставлять метаболиты нейронам, как описано в гипотезе лактатного челнока . [28] [29] [30]

Предполагается, что сателлитные олигодендроциты (или перинейрональные олигодендроциты) функционально отличаются от других олигодендроцитов. Они не прикреплены к нейронам через миелиновые оболочки и, следовательно, не способствуют изоляции. Они остаются противопоставленными нейронам и регулируют внеклеточную жидкость . [2] Сателлитные олигодендроциты считаются частью серого вещества, тогда как миелинизирующие олигодендроциты являются частью белого вещества. Они могут поддерживать нейронный метаболизм. Сателлитные олигодендроциты могут быть привлечены для производства нового миелина после демиелинизирующего повреждения. [31]

Клиническое значение

Заболевания, которые приводят к повреждению олигодендроцитов, включают демиелинизирующие заболевания, такие как рассеянный склероз и различные лейкодистрофии . Травма тела, например, повреждение спинного мозга, также может вызвать демиелинизацию. Незрелые олигодендроциты, количество которых увеличивается в середине беременности , более уязвимы к гипоксическому повреждению и участвуют в перивентрикулярной лейкомаляции . [32] Это в значительной степени врожденное состояние повреждения новообразованного мозга может, следовательно, привести к церебральному параличу . При церебральном параличе, повреждении спинного мозга, инсульте и, возможно, рассеянном склерозе олигодендроциты, как полагают, повреждаются чрезмерным высвобождением нейротрансмиттера глутамата . [ 33] Было также показано, что повреждение опосредуется рецепторами N-метил- D -аспартата . [33] Дисфункция олигодендроцитов также может быть связана с патофизиологией шизофрении и биполярного расстройства . [34]

Олигодендроциты также восприимчивы к заражению вирусом JC , который вызывает прогрессирующую мультифокальную лейкоэнцефалопатию (ПМЛ), состояние, которое специфически поражает белое вещество, как правило, у пациентов с ослабленным иммунитетом . Опухоли олигодендроцитов называются олигодендроглиомами . Химиотерапевтический агент Фторурацил (5-ФУ) вызывает повреждение олигодендроцитов у мышей, что приводит как к острому повреждению центральной нервной системы (ЦНС), так и к прогрессирующему ухудшению замедленной дегенерации ЦНС. [35] [36] Метилирование ДНК также может играть роль в дегенерации олигодендроцитов. [37]

Было показано, что повреждение миелина усугубляет накопление амилоидных бляшек , потенциально делая возрастное снижение миелина фактором риска развития болезни Альцгеймера . [38] Олигодендроциты также в большом количестве экспрессируют компоненты амилоидогенного пути, [39] [40] [41] вырабатывают бета-амилоид (Aβ) и способствуют образованию бляшек, [40] [41] что имеет значение при рассмотрении терапевтических вмешательств при болезни Альцгеймера.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Carlson N (2010). Физиология поведения . Бостон, Массачусетс: Allyn & Bacon. стр. 38–39. ISBN 978-0-205-66627-0.
  2. ^ ab Baumann N, Pham-Dinh D (апрель 2001 г.). «Биология олигодендроцитов и миелина в центральной нервной системе млекопитающих». Physiological Reviews . 81 (2): 871–927. doi :10.1152/physrev.2001.81.2.871. PMID  11274346.
  3. ^ Richardson WD, Kessaris N, Pringle N (январь 2006 г.). «Олигодендроцитарные войны». Nature Reviews. Neuroscience . 7 (1): 11–18. doi :10.1038/nrn1826. PMC 6328010 . PMID  16371946. 
  4. ^ Thomas JL, Spassky N, Perez Villegas EM, Olivier C, Cobos I, Goujet-Zalc C и др. (февраль 2000 г.). «Пространственно-временное развитие олигодендроцитов в эмбриональном мозге». Journal of Neuroscience Research . 59 (4): 471–476. doi :10.1002/(SICI)1097-4547(20000215)59:4<471::AID-JNR1>3.0.CO;2-3. PMID  10679785. S2CID  42473842.
  5. ^ Перес-Серда Ф, Санчес-Гомес М.В., Матуте С (2015). «Пио дель Рио Ортега и открытие олигодендроцитов». Границы нейроанатомии . 9:92 . дои : 10.3389/fnana.2015.00092 . ПМЦ 4493393 . ПМИД  26217196. 
  6. ^ Джеймс OG, Мехта AR, Бехари M, Чандран S (июнь 2021 г.). «Столетие олигодендроцита». The Lancet. Неврология . 20 (6): 422. doi :10.1016/S1474-4422(21)00136-8. PMC 7610932. PMID  34022167 . 
  7. ^ Cameron-Curry P, Le Douarin NM (декабрь 1995 г.). «Предшественники олигодендроцитов происходят как из дорсальной, так и из вентральной частей спинного мозга». Neuron . 15 (6): 1299–1310. doi : 10.1016/0896-6273(95)90009-8 . PMID  8845154.
  8. ^ Curtis R, Cohen J, Fok-Seang J, Hanley MR, Gregson NA, Reynolds R и др. (февраль 1988 г.). «Развитие макроглиальных клеток в мозжечке крысы. I. Использование антител для отслеживания раннего развития in vivo и миграции олигодендроцитов». Journal of Neurocytology . 17 (1): 43–54. doi :10.1007/BF01735376. PMID  3047324.
  9. ^ LeVine SM, Goldman JE (ноябрь 1988 г.). «Ультраструктурные характеристики незрелой глии, положительной на ганглиозид GD3, в белом веществе переднего мозга крысы». Журнал сравнительной неврологии . 277 (3): 456–464. doi :10.1002/cne.902770310. PMID  3198802.
  10. ^ ab Hardy R, Reynolds R (апрель 1991 г.). "Пролиферационный и дифференцировочный потенциал олигодендроглиальных предшественников переднего мозга крыс как in vitro, так и in vivo". Development . 111 (4): 1061–1080. doi :10.1242/dev.111.4.1061. PMID  1879350.
  11. ^ Pringle NP, Mudhar HS, Collarini EJ, Richardson WD (июнь 1992 г.). «PDGF рецепторы в ЦНС крыс: во время позднего нейрогенеза экспрессия PDGF альфа-рецептора, по-видимому, ограничена глиальными клетками линии олигодендроцитов». Development . 115 (2): 535–551. doi :10.1242/dev.115.2.535. PMID  1425339.
  12. ^ Yokoo H, Nobusawa S, Takebayashi H, Ikenaka K, Isoda K, Kamiya M и др. (май 2004 г.). «Антитело против человеческого Olig2 как полезный иммуногистохимический маркер нормальных олигодендроцитов и глиом». The American Journal of Pathology . 164 (5): 1717–1725. doi :10.1016/S0002-9440(10)63730-3. PMC 1615653. PMID  15111318 . 
  13. ^ Вальстедт А., Клос Дж. М., Эриксон Дж. (январь 2005 г.). «Множественные дорсовентральные источники генерации олигодендроцитов в спинном мозге и заднем мозге». Neuron . 1. 45 (1): 55–67. doi :10.1016/j.neuron.2004.12.026. hdl : 10616/40454 . PMID  15629702. S2CID  7971750.
  14. ^ ab Menn B, Garcia-Verdugo JM, Yaschine C, Gonzalez-Perez O, Rowitch D, Alvarez-Buylla A (июль 2006 г.). «Происхождение олигодендроцитов в субвентрикулярной зоне взрослого мозга». The Journal of Neuroscience . 26 (30): 7907–7918. doi :10.1523/JNEUROSCI.1299-06.2006. PMC 6674207 . PMID  16870736. 
  15. ^ Levison SW, Goldman JE (февраль 1993). «Как олигодендроциты, так и астроциты развиваются из предшественников в субвентрикулярной зоне постнатального переднего мозга крысы». Neuron . 10 (2): 201–12. doi :10.1016/0896-6273(93)90311-e. PMID  8439409.
  16. ^ Франклин Р. Дж., Френч-Констант С. (ноябрь 2008 г.). «Ремиелинизация в ЦНС: от биологии к терапии». Nature Reviews. Neuroscience . 9 (11): 839–855. doi :10.1038/nrn2480. PMID  18931697.
  17. ^ Barateiro A, Fernandes A (сентябрь 2014 г.). «Временная прогрессия линии олигодендроцитов: модели пролиферации, дифференцировки и миелинизации in vitro». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research . 1843 (9): 1917–1929. doi : 10.1016/j.bbamcr.2014.04.018 . PMID  24768715.
  18. ^ Barres BA, Hart IK, Coles HS, Burne JF, Voyvodic JT, Richardson WD и др. (ноябрь 1992 г.). «Смерть клеток в линии олигодендроцитов». Журнал нейробиологии . 23 (9): 1221–1230. doi :10.1002/neu.480230912. PMID  1469385.
  19. ^ Wren D, Wolswijk G, Noble M (январь 1992 г.). «In vitro анализ происхождения и поддержания взрослых клеток-предшественников O-2A». Журнал клеточной биологии . 116 (1): 167–76. doi :10.1083/jcb.116.1.167. PMC 2289266. PMID  1730741 . 
  20. ^ Gonzalez-Perez O, Romero-Rodriguez R, Soriano-Navarro M, Garcia-Verdugo JM, Alvarez-Buylla A (август 2009 г.). «Эпидермальный фактор роста побуждает потомство клеток субвентрикулярной зоны типа B мигрировать и дифференцироваться в олигодендроциты». Stem Cells . 27 (8): 2032–2043. doi :10.1002/stem.119. PMC 3346259 . PMID  19544429. 
  21. ^ Gonzalez-Perez O, Alvarez-Buylla A (июнь 2011 г.). «Олигодендрогенез в субвентрикулярной зоне и роль эпидермального фактора роста». Brain Research Reviews . 67 (1–2): 147–156. doi :10.1016/j.brainresrev.2011.01.001. PMC 3109119 . PMID  21236296. 
  22. ^ Сокол С. "Физиология и патофизиология рассеянного склероза". Рассеянный склероз: физиологический учебник . Архивировано из оригинала 2012-07-16 . Получено 2012-04-29 .
  23. ^ abc Fields RD (март 2008 г.). «Белое вещество имеет значение». Scientific American . 298 (3): 42–49. Bibcode : 2008SciAm.298c..54D. doi : 10.1038/scientificamerican0308-54. PMID  18357821.
  24. ^ Juraska JM, Kopcik JR (май 1988). «Влияние пола и окружающей среды на размер и ультраструктуру мозолистого тела крысы». Brain Research . 450 (1–2): 1–8. doi :10.1016/0006-8993(88)91538-7. PMID  3401704. S2CID  2720782.
  25. ^ abcd Zeis T, Enz L, Schaeren-Wiemers N (июнь 2016 г.). «Иммуномодулирующий олигодендроцит». Исследования мозга . Эволюция миелина. 1641 (Часть А): 139–148. doi :10.1016/j.brainres.2015.09.021. ПМИД  26423932.
  26. ^ ab Zveik O, Rechtman A, Ganz T, Vaknin-Dembinsky A (июль 2024 г.). «Взаимосвязь воспаления и ремиелинизации: переосмысление лечения рассеянного склероза с акцентом на клетки-предшественники олигодендроцитов». Молекулярная нейродегенерация . 19 (1): 53. doi : 10.1186/s13024-024-00742-8 . PMC 11245841. PMID  38997755 . 
  27. ^ Bradl M, Lassmann H (январь 2010 г.). «Олигодендроциты: биология и патология». Acta Neuropathologica . 119 (1): 37–53. doi :10.1007/s00401-009-0601-5. PMC 2799635. PMID 19847447.  ... олигодендроциты могут обеспечивать трофическую поддержку нейронов путем выработки нейротрофического фактора, полученного из глиальных клеток (GDNF), нейротрофического фактора, полученного из мозга (BDNF), или инсулиноподобного фактора роста-1 (IGF-1). 
  28. ^ Philips T, Rothstein JD (сентябрь 2017 г.). «Олигодендроглии: метаболические сторонники нейронов». Журнал клинических исследований . 127 (9): 3271–3280. doi :10.1172/JCI90610. PMC 5669561. PMID  28862639 . 
  29. ^ Fünfschilling U, Supplie LM, Mahad D, Boretius S, Saab AS, Edgar J, et al. (апрель 2012 г.). «Гликолитические олигодендроциты поддерживают миелин и долгосрочную целостность аксонов». Nature . 485 (7399): 517–521. Bibcode :2012Natur.485..517F. doi :10.1038/nature11007. PMC 3613737 . PMID  22622581. 
  30. ^ Nave KA, Asadollahi E, Sasmita A (декабрь 2023 г.). «Расширение функции олигодендроцитов до энергетического метаболизма мозга». Current Opinion in Neurobiology . 83 : 102782. doi : 10.1016/j.conb.2023.102782 . PMID  37703600.
  31. ^ Szuchet S, Nielsen JA, Lovas G, Domowicz MS, de Velasco JM, Maric D и др. (декабрь 2011 г.). «Генетическая сигнатура перинейрональных олигодендроцитов раскрывает их уникальный фенотип». The European Journal of Neuroscience . 34 (12): 1906–1922. doi :10.1111/j.1460-9568.2011.07922.x. PMC 4286392 . PMID  22132705. 
  32. ^ Kinney HC, Back SA (сентябрь 1998 г.). «Развитие олигодендроглии у человека: связь с перивентрикулярной лейкомаляцией». Семинары по детской неврологии . 5 (3): 180–189. doi :10.1016/s1071-9091(98)80033-8. PMID  9777676.
  33. ^ ab Káradóttir R, Attwell D (апрель 2007 г.). «Рецепторы нейротрансмиттеров в жизни и смерти олигодендроцитов». Neuroscience . 145 (4): 1426–1438. doi :10.1016/j.neuroscience.2006.08.070. PMC 2173944 . PMID  17049173. 
  34. ^ Tkachev D, Mimmack ML, Ryan MM, Wayland M, Freeman T, Jones PB и др. (сентябрь 2003 г.). «Дисфункция олигодендроцитов при шизофрении и биполярном расстройстве». Lancet . 362 (9386): 798–805. doi :10.1016/S0140-6736(03)14289-4. PMID  13678875. S2CID  7511585.
  35. ^ "Повреждение ЦНС, вызванное химиотерапией, как заболевание клеток-предшественников". Архивировано 27 декабря 2011 г. на Wayback Machine доктором Марком Д. Ноблом, Университет Рочестера.
  36. ^ Хан Р., Янг Й. М., Дитрих Дж., Любке А., Майер-Прёшель М., Нобл М. (2008). «Системное лечение 5-фторурацилом вызывает синдром замедленного разрушения миелина в центральной нервной системе». Журнал биологии . 7 (4): 12. doi : 10.1186/jbiol69 . PMC 2397490. PMID  18430259 . 
  37. ^ Фоддер К, де Сильва Р, Уорнер ТТ, Беттанкур К (июнь 2023 г.). «Вклад метилирования ДНК в (дис)функцию олигодендроглии при нейродегенерации». Acta Neuropathologica Communications . 11 (1): 106. doi : 10.1186/s40478-023-01607-9 . PMC 10311741. PMID  37386505 . 
  38. ^ Depp C, Sun T, Sasmita AO, Spieth L, Berghoff SA, Nazarenko T и др. (июнь 2023 г.). «Дисфункция миелина приводит к отложению амилоида-β в моделях болезни Альцгеймера». Nature . 618 (7964): 349–357. Bibcode :2023Natur.618..349D. doi :10.1038/s41586-023-06120-6. PMC 10247380 . PMID  37258678. 
  39. ^ Газестани В., Камат Т., Надаф Н.М., Дугалис А., Беррис С.Дж., Руни Б. и др. (сентябрь 2023 г.). «Ранняя патология болезни Альцгеймера в коре головного мозга человека включает транзиторные состояния клеток». Cell . 186 (20): 4438–4453.e23. doi :10.1016/j.cell.2023.08.005. PMC 11107481 . PMID  37774681. 
  40. ^ ab Rajani RM, Ellingford R, Hellmuth M, Harris SS, Taso OS, Graykowski D и др. (июль 2024 г.). «Избирательное подавление бета-амилоида, полученного из олигодендроцитов, устраняет нейрональную дисфункцию при болезни Альцгеймера». PLOS Biology . 22 (7): e3002727. doi : 10.1371/journal.pbio.3002727 . PMC 11265669. PMID  39042667 . 
  41. ^ ab Sasmita AO, Depp C, Nazarenko T, Sun T, Siems SB, Ong EC и др. (август 2024 г.). «Олигодендроциты продуцируют амилоид-β и способствуют образованию бляшек наряду с нейронами у мышей-моделей болезни Альцгеймера». Nature Neuroscience . 27 (9): 1668–1674. doi : 10.1038/s41593-024-01730-3 . PMC 11374705 . PMID  39103558. 

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки