stringtranslate.com

Шванновская клетка

Шванновские клетки или нейролеммоциты (названные в честь немецкого физиолога Теодора Шванна ) являются основными глиальными клетками периферической нервной системы (ПНС). Глиальные клетки выполняют функцию поддержки нейронов и в ПНС также включают сателлитные клетки , обонятельные обкладочные клетки , энтеральную глию и глию, которая находится в окончаниях сенсорных нервов, таких как тельца Пачини . Два типа шванновских клеток — миелинизирующие и немиелинизирующие . [1] Миелинизирующие шванновские клетки оборачиваются вокруг аксонов двигательных и сенсорных нейронов, образуя миелиновую оболочку. Промотор шванновских клеток присутствует в нисходящей области гена человеческого дистрофина , который дает укороченный транскрипт , который снова синтезируется тканеспецифическим образом.

В процессе развития ПНС регуляторные механизмы миелинизации контролируются прямым взаимодействием специфических генов, влияющих на транскрипционные каскады и формирующих морфологию миелинизированных нервных волокон. [2]

Шванновские клетки участвуют во многих важных аспектах биологии периферических нервов — проведении нервных импульсов по аксонам , развитии и регенерации нервов , трофической поддержке нейронов , образовании внеклеточного матрикса нервов, модуляции нервно-мышечной синаптической активности и презентации антигенов Т- лимфоцитам .

Болезнь Шарко–Мари–Тута , синдром Гийена–Барре (острая воспалительная демиелинизирующая полирадикулопатия), шванноматоз , хроническая воспалительная демиелинизирующая полинейропатия и проказа — все это невропатии , в которых участвуют шванновские клетки.

Структура

На одном конце удлиненной структуры находится разветвленная масса. В центре этой массы находится ядро, а ветви — дендриты. Толстый аксон отходит от массы, заканчиваясь дальнейшими разветвлениями, которые обозначены как окончания аксона. Вдоль аксона расположено несколько выступов, обозначенных как миелиновые оболочки.
Сома
Ядро
Шванновская клетка
Шванновские клетки, обернутые вокруг аксона

Шванновские клетки — это разновидность глиальных клеток , которые поддерживают периферические нервные волокна (как миелинизированные, так и немиелинизированные) живыми. В миелинизированных аксонах шванновские клетки образуют миелиновую оболочку. Оболочка не является непрерывной. Отдельные миелинизирующие шванновские клетки покрывают около 1 мм аксона [3]  — что эквивалентно примерно 1000 шванновским клеткам вдоль 1-метровой длины аксона. Промежутки между соседними шванновскими клетками называются перехватами Ранвье .

9-O-ацетил GD3 ганглиозид — это ацетилированный гликолипид, который находится в клеточных мембранах многих типов клеток позвоночных. Во время регенерации периферических нервов 9-O-ацетил GD3 экспрессируется шванновскими клетками. [4]

Функция

Нервная система позвоночных опирается на миелиновую оболочку для изоляции и как на метод уменьшения емкости мембраны в аксоне. Потенциал действия прыгает от узла к узлу в процессе, называемом скачкообразной проводимостью , который может увеличить скорость проводимости до 10 раз без увеличения диаметра аксона. В этом смысле шванновские клетки являются аналогами олигодендроцитов центральной нервной системы в ПНС . Однако, в отличие от олигодендроцитов, каждая миелинизирующая шванновская клетка обеспечивает изоляцию только одного аксона (см. изображение). Такое расположение обеспечивает скачкообразную проводимость потенциалов действия с повторным распространением в перехватах Ранвье. Таким образом, миелинизация значительно увеличивает скорость проводимости и экономит энергию. [5]

Немиелинизирующие шванновские клетки участвуют в поддержании аксонов и имеют решающее значение для выживания нейронов. Некоторые группируются вокруг меньших аксонов (внешнее изображение здесь) и формируют пучки Ремака .

Миелинизирующие шванновские клетки начинают формировать миелиновую оболочку у млекопитающих во время внутриутробного развития и работают, спиралевидно обвиваясь вокруг аксона, иногда совершая до 100 оборотов. Хорошо развитая шванновская клетка имеет форму свернутого листа бумаги со слоями миелина между каждым витком. Внутренние слои оболочки, которые в основном являются мембранным материалом, образуют миелиновую оболочку, в то время как наружный слой ядерной цитоплазмы образует неврилемму . Только небольшой объем остаточной цитоплазмы обеспечивает связь между внутренним и внешним слоями. Гистологически это выглядит как вырезка Шмидта-Лантермана .

Регенерация

Шванновские клетки известны своей ролью в поддержке регенерации нервов . [6] Нервы в ПНС состоят из множества аксонов, миелинизированных шванновскими клетками. Если происходит повреждение нерва, шванновские клетки помогают в переваривании его аксонов ( фагоцитоз ). После этого процесса шванновские клетки могут направлять регенерацию, образуя тип туннеля, который ведет к целевым нейронам. Этот туннель известен как полоса Бюнгнера, направляющая дорожка для регенерирующих аксонов, которая ведет себя как эндоневральная трубка. Культя поврежденного аксона способна прорастать, и те ростки, которые прорастают через «туннель» шванновских клеток, делают это со скоростью около 1 мм/день в хороших условиях. Скорость регенерации со временем снижается. Таким образом, успешные аксоны могут повторно соединяться с мышцами или органами, которые они ранее контролировали с помощью шванновских клеток, но специфичность не сохраняется, и ошибки часты, особенно когда речь идет о больших расстояниях. [7] Из-за своей способности влиять на регенерацию аксонов, шванновские клетки также связаны с предпочтительной двигательной реиннервацией . Если шванновские клетки не могут связываться с аксонами, аксоны умирают. Регенерирующие аксоны не достигнут никакой цели, если там нет шванновских клеток, которые бы их поддерживали и направляли . Было показано, что они опережают конусы роста .

Шванновские клетки необходимы для поддержания здоровья аксонов. Они вырабатывают множество факторов, включая нейротрофины , а также переносят необходимые молекулы в аксоны.

Шванновская клетка в культуре.

Генетика

Формирование шванновских клеток

Сокс10

SOX10 является фактором транскрипции, активным во время эмбрионального развития, и многочисленные данные указывают на то, что он необходим для генерации глиальных линий из клеток гребня ствола мозга. [8] [9] Когда SOX10 инактивируется у мышей, сателлитная глия и предшественники шванновских клеток не развиваются, хотя нейроны генерируются нормально без проблем. [8] При отсутствии SOX10 клетки нервного гребня выживают и могут свободно генерировать нейроны, но глиальная спецификация блокируется. [9] SOX10 может влиять на ранних глиальных предшественников, чтобы они реагировали на нейрегулин 1 [8] (см. ниже).

Нейрегулин 1

Нейрегулин 1 (NRG1) действует несколькими способами, чтобы способствовать формированию и обеспечивать выживание незрелых шванновских клеток. [10] Во время эмбрионального развития NRG1 подавляет образование нейронов из клеток нервного гребня, вместо этого способствуя тому, чтобы клетки нервного гребня направлялись по пути глиогенеза. Однако сигнализация NRG1 не требуется для глиальной дифференциации из нервного гребня. [11]

NRG1 играет важную роль в развитии производных нервного гребня. Он необходим для миграции клеток нервного гребня мимо места расположения ганглиев дорсальных корешков, чтобы найти вентральные области симпатического ганглиогенеза. [12] Он также является важным фактором выживания, полученным из аксонов, и митогеном для предшественников шванновских клеток. [13] Он обнаруживается в ганглиях дорсальных корешков и двигательных нейронах в тот момент времени, когда предшественники шванновских клеток начинают заселять спинномозговые нервы, и, следовательно, влияет на выживаемость шванновских клеток. [11] В эмбриональных нервах трансмембранная изоформа III, вероятно, является основным вариантом NRG1, ответственным за сигналы выживания. У мышей, у которых отсутствует трансмембранная изоформа III, предшественники шванновских клеток в конечном итоге устраняются из спинномозговых нервов. [14]

Формирование миелиновой оболочки

П0

Миелиновый белок ноль (P0) — это молекула клеточной адгезии, принадлежащая к суперсемейству иммуноглобулинов, и является основным компонентом периферического миелина, составляя более 50% от общего белка в оболочке. [15] [16] Было показано, что P0 необходим для образования компактного миелина, поскольку мыши с нулевым мутантом P0 (P0-) показали выраженную аберрантную периферическую миелинизацию. [17] Хотя миелинизация аксонов большого калибра была инициирована у мышей P0-, полученные слои миелина были очень тонкими и плохо уплотненными. Неожиданно у мышей P0- также наблюдалась дегенерация обоих аксонов и окружающих их миелиновых оболочек, что позволяет предположить, что P0 играет роль в поддержании структурной целостности как образования миелина, так и аксона, с которым он связан. У мышей P0- появились поведенческие дефициты примерно в возрасте 2 недель, когда у мышей начали проявляться признаки легкого дрожания. Грубая некоординация также возникла по мере развития животных, в то время как дрожь стала более сильной, и у некоторых старых мышей развилось судорожное поведение. Несмотря на ряд нарушенного двигательного поведения, паралича у этих животных не наблюдалось. P0 также является важным геном, экспрессируемым на ранней стадии в линии шванновских клеток, экспрессируемым в предшественниках шванновских клеток после дифференциации из мигрирующих клеток нервного гребня в развивающемся эмбрионе. [18]

Крокс-20

Несколько важных факторов транскрипции также экспрессируются и участвуют на различных стадиях развития, изменяя характеристики шванновских клеток от незрелого до зрелого состояния. Одним из незаменимых факторов транскрипции, экспрессируемых в процессе миелинизации, является Krox-20. Это общий фактор транскрипции цинковых пальцев, экспрессируемый в ромбомерах 3 и 5.

Krox-20 считается одним из главных регуляторов миелинизации ПНС и играет важную роль в управлении транскрипцией специфических структурных белков в миелине. Было показано, что он контролирует набор генов, ответственных за вмешательство в эту функцию в аксоне, изменяя его из промиелинизирующего в миелинизирующее состояние. [19] Таким образом, у мышей с двойным нокаутом Krox-20 было зафиксировано, что сегментация заднего мозга затронута, а также миелинизация аксонов, связанных с клетками Шванна. Действительно, у этих мышей клетки Шванна не способны выполнять свою миелинизацию должным образом, поскольку они только оборачивают свои цитоплазматические отростки на один с половиной оборот вокруг аксона, и, несмотря на то, что они все еще экспрессируют ранний маркер миелина, продукты генов позднего миелина отсутствуют. Кроме того, недавние исследования также доказали важность этого фактора транскрипции для поддержания фенотипа миелинизации (и требуют коэкспрессии Sox ​​10), поскольку его инактивация приводит к дедифференциации шванновских клеток. [2]

Клиническое значение

Болезнь Шарко-Мари-Тута (ШМТ), синдром Гийена-Барре (СГБ, острая воспалительная демиелинизирующая полирадикулопатия), шванноматоз и хроническая воспалительная демиелинизирующая полинейропатия (ХВДП), проказа и вирус Зика — все это невропатии , в которых участвуют шванновские клетки. [20]

Трансплантация

В ряде экспериментальных исследований с 2001 года были имплантированы шванновские клетки в попытке вызвать ремиелинизацию у пациентов, страдающих рассеянным склерозом . [21] За последние два десятилетия многие исследования продемонстрировали положительные результаты и потенциал трансплантации шванновских клеток в качестве терапии повреждения спинного мозга, как в содействии восстановлению роста, так и миелинизации поврежденных аксонов ЦНС. [22] Трансплантация шванновских клеток в сочетании с другими методами лечения, такими как хондроитиназа ABC, также показала свою эффективность в функциональном восстановлении после повреждения спинного мозга. [23]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Bhatheja, K; Field, J (2006). «Шванновские клетки: происхождение и роль в поддержании аксонов и регенерации». Международный журнал биохимии и клеточной биологии . 38 (12): 1995–99. doi :10.1016/j.biocel.2006.05.007. PMID  16807057.
  2. ^ ab Топилко, Петр; Шнайдер-Монури, Сильви; Леви, Джованни; Барон-Ван Эверкурен, Энн; Шенноуфи, Амина Бен Юнес; Сейтаниду, Таня; Бабине, Чарльз; Шарней, Патрик (1994-10-27). "Krox-20 контролирует миелинизацию в периферической нервной системе". Nature . 371 (6500): 796–99. Bibcode :1994Natur.371..796T. doi :10.1038/371796a0. PMID  7935840. S2CID  4333028.
  3. ^ Tortora, Gerard J. (2017). Principles of Anatomy and Physiology (15-е изд.). США: Wiley. стр. 412. ISBN 978-1-119-32064-7.
  4. ^ Тулио Рибейро-Ресенде, Виктор; Лопес, Мишель (2010). «Участие ганглиозида 9-O-ацетил GD3 в инфицировании шванновских клеток Mycobacterium leprae». J. Biol. Chem . 285 (44): 34086–96. doi : 10.1074/jbc.M110.147272 . PMC 2962507. PMID  20739294 . 
  5. ^ Калат, Джеймс В. Биологическая психология , 9-е изд. США: Thompson Learning, 2007. [ нужна страница ]
  6. ^ Bhatheja, Kanav; Field, Jeffrey (2006). «Шванновские клетки: происхождение и роль в поддержании аксонов и регенерации». Международный журнал биохимии и клеточной биологии . 38 (12): 1995–99. doi :10.1016/j.biocel.2006.05.007. PMID  16807057.
  7. ^ Карлсон, Нил Р. Физиология поведения , 9-е изд. США: Pearson Education, Inc., 2007. [ нужна страница ]
  8. ^ abc Britisch, S.; et al. (2001). «Транскрипционный фактор Sox10 является ключевым регулятором развития периферической глии». Genes Dev . 15 (1): 66–78. doi :10.1101/gad.186601. PMC 312607. PMID  11156606 . 
  9. ^ ab Paratore, C., Goerich, DE, Suter, U., Wegner, M. & Sommer, L. (2001). «Выживание и приобретение глиальной судьбы клетками нервного гребня регулируются взаимодействием между фактором транскрипции Sox10 и внешней комбинаторной сигнализацией». Development . 128 (20): 3949–61. doi :10.1242/dev.128.20.3949. PMID  11641219.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  10. ^ Шах, НМ; и др. (1994). «Глиальный фактор роста ограничивает стволовые клетки нервного гребня млекопитающих глиальной судьбой». Cell . 77 (3): 349–60. doi :10.1016/0092-8674(94)90150-3. PMID  7910115. S2CID  20297598.
  11. ^ ab Jessen, KR & Misky, R. (2005). «Происхождение и развитие глиальных клеток в периферических нервах». Nature Reviews Neuroscience . 6 (9): 671–82. doi :10.1038/nrn1746. PMID  16136171. S2CID  7540462.
  12. ^ Бритиш, С.; и др. (1998). «Рецепторы ErbB2 и ErbB3 и их лиганд, нейрегулин-1, необходимы для развития симпатической нервной системы». Genes Dev . 12 (12): 1825–36. doi :10.1101/gad.12.12.1825. PMC 316903. PMID 9637684  . 
  13. ^ Dong, Z.; et al. (1995). «NDF — это сигнал нейрон-глии, который регулирует выживание, пролиферацию и созревание предшественников шванновских клеток крысы». Neuron . 15 (3): 585–96. doi : 10.1016/0896-6273(95)90147-7 . PMID  7546738. S2CID  15332720.
  14. ^ Вулповиц, Д.; и др. (2000). «Богатые цистеином изоформы домена гена нейрегулина-1 необходимы для поддержания периферических синапсов». Neuron . 25 (1): 79–91. doi : 10.1016/s0896-6273(00)80873-9 . PMID  10707974. S2CID  16187922.
  15. ^ Гринфилд, С.; Бростофф, С.; Эйлар, Э. Х.; Морелл, П. (1973). «Состав белков миелина периферической нервной системы». Журнал нейрохимии . 20 (4): 1207–16. doi :10.1111/j.1471-4159.1973.tb00089.x. PMID  4697881. S2CID  30385476.
  16. ^ Лемке, Г. (1988). «Раскрытие генов миелина». Neuron . 1 (7): 535–43. doi :10.1016/0896-6273(88)90103-1. PMID  2483101. S2CID  27086229.
  17. ^ Гейзе, К.; Мартини, Р.; Лемке, Г.; Сориано, П.; Шахнер, М. (1992). «Нарушение гена P0 у мышей приводит к гипомиелинизации, аномальной экспрессии молекул распознавания и дегенерации миелина и аксонов». Cell . 71 (4): 565–76. doi :10.1016/0092-8674(92)90591-y. PMID  1384988. S2CID  41878912.
  18. ^ Йессен, К.; Мирски, Р. (2005). «Происхождение и развитие глиальных клеток в периферических нервах». Nature Reviews Neuroscience . 6 (9): 671–82. doi :10.1038/nrn1746. PMID  16136171. S2CID  7540462.
  19. ^ Salzer, James (2015). «Миелинизация шванновских клеток». Cold Spring Harbor Perspectives in Biology . 7 (8): a020529. doi :10.1101/cshperspect.a020529. PMC 4526746. PMID  26054742 . 
  20. ^ Дхиман, Гаурав; Абрахам, Р.; Гриффин, Д. (2019). «Человеческие клетки Шванна восприимчивы к заражению вирусами Зика и желтой лихорадки, но не вирусом денге». Scientific Reports . 9 (1): 9951. Bibcode :2019NatSR...9.9951D. doi :10.1038/s41598-019-46389-0. PMC 6616448 . PMID  31289325. 
  21. ^ "Первая хирургическая трансплантация была попыткой восстановить миелин". Inside MS . 2001. Архивировано из оригинала 2007-03-11.
  22. ^ Удега, Мартин; Сюй, Сяо-Мин (2006). «Трансплантация шванновских клеток для восстановления спинного мозга у взрослых». Журнал нейротравмы . 23 (3–4): 453–67. doi :10.1089/neu.2006.23.453. PMID  16629629.
  23. ^ Фуад, Карим; Лиза Шнелл; Мэри Б. Бунге; Мартин Э. Шваб; Томас Либшер; Дэмиен Д. Пирс (2 февраля 2005 г.). «Сочетание мостов из шванновских клеток и трансплантатов обонятельной оболочки глии с хондроитиназой способствует восстановлению локомоторной функции после полной транссекции спинного мозга». Журнал нейронауки . 25 (5): 1169–78. doi : 10.1523/JNEUROSCI.3562-04.2005 . PMC 6725952. PMID  15689553 . 

Внешние ссылки