Радиальные глиальные клетки , или радиальные глиальные клетки-предшественники ( RGP ), представляют собой клетки-предшественники биполярной формы , которые отвечают за производство всех нейронов в коре головного мозга . RGPs также производят определенные линии глии , включая астроциты и олигодендроциты . [2] [3] [4] Их клеточные тела ( сомы ) находятся в эмбриональной желудочковой зоне , которая лежит рядом с развивающейся желудочковой системой .
Во время развития новорожденные нейроны используют радиальную глию в качестве каркаса , путешествуя по волокнам радиальной глии , чтобы достичь конечного пункта назначения. [3] [5] [6] Несмотря на различные возможные судьбы популяции радиальной глии, с помощью клонального анализа было продемонстрировано, что большинство радиальной глии имеют ограниченную, унипотентную или мультипотентную судьбу. Радиальную глию можно обнаружить во время нейрогенной фазы у всех позвоночных (изучено на сегодняшний день). [7]
Термин «радиальная глия» относится к морфологическим характеристикам этих клеток, которые были впервые обнаружены, а именно, их радиальным отросткам и их сходству с астроцитами , другим членом семейства глиальных клеток. [8]
Глия Мюллера представляет собой радиальные глиальные клетки, которые присутствуют как в развивающейся, так и во взрослой сетчатке . Как и в коре , мюллерова глия имеет длинные отростки, охватывающие всю ширину сетчатки, от слоя базальных клеток до апикального слоя. Однако, в отличие от кортикальной радиальной глии, глия Мюллера не появляется в сетчатке до тех пор, пока не произошли первые раунды нейрогенеза . Исследования показывают, что мюллерова глия может дедифференцироваться в легко делящиеся нейрональные предшественники в ответ на травму. [9]
Характеристики, которые действительно отличают мюллерову глию от радиальной глии в других областях мозга, — это ее оптические свойства. Большая часть сетчатки на самом деле в значительной степени рассеивает свет , что позволяет предположить, что мюллерова глия служит основным волокном, ответственным за передачу света к фоторецепторам в задней части сетчатки. Свойства, которые помогают мюллеровской глии выполнять эту функцию, включают ограниченное количество митохондрий (которые очень светорассеивают), а также специализированное расположение внутренних белковых нитей. [9]
Глия Мюллера является преобладающим типом макроглии сетчатки, поэтому она берет на себя многие вспомогательные функции, которые обычно выполняют астроциты и олигодендроциты в остальной части центральной нервной системы . [9]
Глия Бергмана (также известная как радиальные эпителиальные клетки , эпителиальные клетки Гольджи или радиальные астроциты ) представляет собой униполярные астроциты , происходящие из радиальной глии, которые тесно связаны с клетками Пуркинье в мозжечке . [10] Поскольку бергмановская глия, по-видимому, сохраняется в мозжечке и выполняет многие функции, характерные для астроцитов, их также называют «специализированными астроцитами». [9] Бергмановская глия имеет множественные радиальные отростки, которые проходят через молекулярный слой коры мозжечка и заканчиваются на пиальной поверхности в виде луковицеобразного конца ножки. [11] Глиальные клетки Бергмана способствуют миграции гранулярных клеток , направляя мелкие нейроны от внешнего зернистого слоя вниз к внутреннему зернистому слою вдоль их обширных радиальных отростков. [12] [13] Помимо своей роли в раннем развитии мозжечка, бергмановская глия также необходима для синаптической обрезки . [14] После гибели клеток Пуркинье , вызванной повреждением ЦНС, глия Бергмана претерпевает обширные пролиферативные изменения, чтобы заменить потерянную или поврежденную ткань в процессе, известном как глиоз . [15] [16]
Радиальные глиальные клетки возникают в результате трансформации нейроэпителиальных клеток , которые формируют нервную пластинку во время нейрогенеза на ранних стадиях эмбрионального развития . [8] [9] [17] Этот процесс опосредован снижением экспрессии белков, связанных с эпителием (таких как плотные соединения ), и усилением глиальных специфических особенностей, таких как гранулы гликогена , транспортер глутамата аспартата астроцитов. (GLAST), виментин промежуточных филаментов и, в некоторых случаях, включая человека, глиальный фибриллярный кислый белок (GFAP). [7]
После этого перехода радиальная глия сохраняет многие исходные характеристики нейроэпителиальных клеток , включая: их апикально-базальную полярность , их положение вдоль боковых желудочков развивающейся коры и фазовую миграцию их ядер в зависимости от их местоположения в клеточном цикле . термин «интеркинетическая ядерная миграция»). [9] [18] [19]
Радиальная глия теперь признана ключевыми клетками-предшественниками развивающейся нервной системы. На поздних стадиях нейрогенеза клетки радиальной глии асимметрично делятся в желудочковой зоне , образуя новую радиальную глиальную клетку, а также постмитотический нейрон или дочернюю клетку промежуточного предшественника (IPC). Промежуточные клетки-предшественники затем делятся симметрично в субвентрикулярной зоне , образуя нейроны. [18] Было показано , что локальные сигналы окружающей среды, такие как передача сигналов Notch и фактора роста фибробластов (FGF), период развития и различные способности радиальной глии реагировать на сигналы окружающей среды, влияют на тип радиальной глии и дочерних клеток, происходящих из радиальной глии. что будет произведено. Передача сигналов FGF и Notch регулирует пролиферацию радиальной глии и скорость нейрогенеза, что влияет на расширение площади поверхности коры головного мозга и ее способность образовывать поверхностные извилины, известные как извилины (см. гирификация ). [9] [20] [21] Клетки радиальной глии демонстрируют высокие уровни транзиторной активности кальция, которая передается между RGC в желудочковой зоне и вдоль радиальных волокон в обоих направлениях в/из кортикальной пластинки. [22] [23] Считается, что активность кальция способствует пролиферации RGC и может участвовать в радиальной коммуникации до того, как в мозге появятся синапсы. Кроме того, недавние данные свидетельствуют о том, что сигналы внешней сенсорной среды также могут влиять на пролиферацию и нервную дифференцировку радиальной глии. [9] [24]
По завершении развития коры большая часть радиальной глии теряет связь с желудочками и мигрирует к поверхности коры, где у млекопитающих большая часть становится астроцитами в процессе глиогенеза . [18]
Хотя было высказано предположение, что радиальная глия, скорее всего, дает начало олигодендроцитам посредством образования клеток-предшественников олигодендроцитов (OPC), а OPCs могут генерироваться из радиальных глиальных клеток in vitro , необходимы дополнительные доказательства, чтобы сделать вывод, происходит ли этот процесс также в развивающемся мозге. [18] [25]
Недавно также была обнаружена радиальная глия, которая генерирует исключительно кортикальные нейроны верхнего слоя. [8] Поскольку в ходе недавней эволюции верхние корковые слои значительно расширились и связаны с обработкой информации и мышлением более высокого уровня, радиальная глия стала важным медиатором эволюции мозга. [26]
Наиболее изученной и первой широко признанной функцией радиальной глии является ее роль в качестве каркаса для миграции нейронов в коре головного мозга и мозжечка . Эту роль можно легко визуализировать с помощью электронного микроскопа или покадровой микроскопии с высоким разрешением , с помощью которой можно увидеть нейроны, плотно обернутые вокруг радиальной глии по мере их продвижения вверх через кору. [8] Дополнительные данные свидетельствуют о том, что многие нейроны могут перемещаться между соседними радиальными глиальными волокнами во время миграции. [9]
В то время как миграция возбуждающих нейронов в основном является радиальной , было показано , что тормозные ГАМКергические нейроны подвергаются тангенциальной миграции . Тангенциально мигрирующие нейроны также, по-видимому, инициируют контакт с радиальными глиальными волокнами в развивающейся коре хорьков, вовлекая радиальные глиальные клетки в обе эти формы миграции. [9]
Поскольку радиальная глия, по-видимому, дифференцируется на поздних стадиях развития спинного мозга, ближе к началу глиогенеза, неясно, участвуют ли они в нейрогенезе или миграции спинного мозга. [8]
Радиальная глия также участвует в формировании границ между различными аксональными путями и областями белого вещества мозга. [8] [27]
Поскольку радиальная глия служит первичными предшественниками нейронов и глии в головном мозге, а также имеет решающее значение для правильной миграции нейронов, дефекты функции радиальной глии могут иметь глубокие последствия в развитии нервной системы.
Мутации в Lis1 или Nde1, белках, необходимых для дифференцировки и стабилизации радиальной глии, вызывают связанные с ней заболевания, связанные с развитием нервной системы, лиссэнцефалию и микролиссенцефалию (что буквально переводится как «гладкий мозг»). Больные с этими заболеваниями характеризуются отсутствием корковых складок ( борозд и извилин ) и уменьшением объема мозга. Крайние случаи лиссэнцефалии вызывают смерть через несколько месяцев после рождения, в то время как пациенты с более легкими формами могут испытывать умственную отсталость, трудности с балансировкой, двигательные и речевые нарушения и эпилепсию . [8]
Гибель нервных клеток-предшественников недавно была связана с вирусом Зика , переносимым комарами . [28] Эпидемиологические данные указывают на то, что инфицирование эмбриона в течение первых двух триместров беременности потенциально может вызвать врожденные дефекты плода и микроцефалию , [29], возможно, из-за гибели клеток-предшественников. Кроме того, мутации в генах, связанных с микроцефалией , которые кодируют такие белки, как WDR62 , могут привести к истощению радиальной глии во время развития мозга, что в конечном итоге приводит к меньшему размеру мозга и умственным нарушениям. [30]
Камилло Гольджи , используя свою технику окрашивания серебром (позже названную методом Гольджи ), впервые описал радиально ориентированные клетки, простирающиеся от центрального канала до внешней поверхности спинного мозга эмбрионального цыпленка, в 1885 году. [31]
Используя метод Гольджи, Джузеппе Маджини затем изучил кору головного мозга плода млекопитающих в 1888 году, подтвердив аналогичное наличие удлиненных радиальных клеток в коре (также описанных Кёлликером незадолго до него) и наблюдая «различные варикозные расширения или опухоли» на радиальных волокнах. . Заинтригованный, Маджини также заметил, что размер и количество этих варикозных узлов увеличивались на более позднем этапе развития и отсутствовали в нервной системе взрослых. Основываясь на этих результатах, Магини затем предположил, что эти варикозные расширения могут быть причиной развития нейронов. Используя комбинацию метода окраски Гольджи и гематоксилина , Маджини смог идентифицировать эти варикозные расширения как клетки, некоторые из которых были очень тесно связаны с радиальными волокнами. [31]
Дополнительные ранние работы, которые сыграли важную роль в выяснении идентичности и функции радиальной глии, были завершены Рамоном-и-Кахалем , который первым предположил, что радиальные клетки представляют собой тип глии из-за их сходства с астроцитами; [8] и Вильгельм Хис , которые также выдвинули идею о том, что растущие аксоны могут использовать радиальные клетки для ориентации и управления во время развития. [31]
Несмотря на начальный период интереса к радиальной глии, об этих клетках было получено мало дополнительной информации, пока примерно 60 лет спустя не стали доступны электронный микроскоп и иммуногистохимия . [31]
Список различных типов клеток в организме взрослого человека