stringtranslate.com

Радиальная глиальная клетка

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]

Состав

Мюллера глия

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]

Slcla3 в Бергманн Глиа

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]

Бергманна глия

Микрофотография , демонстрирующая глиоз Бергмана . Пятно H&E .

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]

Разработка

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]

Функция

Прародители

Межнейронно-радиальные глиальные взаимодействия в развивающейся коре головного мозга

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]

Схема миграции

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]

Компартиментализация

Радиальная глия также участвует в формировании границ между различными аксональными путями и областями белого вещества мозга. [8] [27]

Клиническое значение

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]

История

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]

Смотрите также

Список различных типов клеток в организме взрослого человека

Рекомендации

  1. ^ Кирш Ф., Крюгер С., Шнайдер А. (март 2008 г.). «Рецептор гранулоцитарно-колониестимулирующего фактора (G-CSF) экспрессируется в радиальной глии во время развития нервной системы». Биология развития BMC . 8:32 . дои : 10.1186/1471-213X-8-32 . ПМК  2329616 . ПМИД  18371196.
  2. ^ Битти, Р; Хиппенмейер, С. (декабрь 2017 г.). «Механизмы прогрессирования линии клеток-предшественников радиальной глии». Письма ФЭБС . 591 (24): 3993–4008. дои : 10.1002/1873-3468.12906. ПМК 5765500 . ПМИД  29121403. 
  3. ^ Аб Ракич П. (октябрь 2009 г.). «Эволюция неокортекса: взгляд на биологию развития». Обзоры природы. Нейронаука . 10 (10): 724–35. дои : 10.1038/nrn2719. ПМЦ 2913577 . ПМИД  19763105. 
  4. ^ Ноктор СК, Флинт AC, Вайсман Т.А., Даммерман Р.С., Кригштейн А.Р. (февраль 2001 г.). «Нейроны, происходящие из радиальных глиальных клеток, создают радиальные единицы в неокортексе». Природа . 409 (6821): 714–20. Бибкод : 2001Natur.409..714N. дои : 10.1038/35055553. PMID  11217860. S2CID  3041502.
  5. ^ Ракич П. (май 1972 г.). «Режим миграции клеток в поверхностные слои неокортекса плода обезьяны». Журнал сравнительной неврологии . 145 (1): 61–83. doi : 10.1002/cne.901450105. PMID  4624784. S2CID  41001390.
  6. ^ Шохайеб Б. и др. (октябрь 2021 г.). «Сохранение идентичности нейронных предшественников и появление разнообразия неокортикальных нейронов». Семинары по клеточной биологии и биологии развития . 118 (118): 4–13. doi :10.1016/j.semcdb.2021.05.024. PMID  34083116. S2CID  235336596.
  7. ^ аб Малатеста П., Аполлони I, Кальцолари Ф (январь 2008 г.). «Радиальная глия и нервные стволовые клетки». Исследования клеток и тканей . 331 (1): 165–78. дои : 10.1007/s00441-007-0481-8. PMID  17846796. S2CID  1903664.
  8. ^ abcdefgh Барри Д.С., Пакан Дж.М., Макдермотт К.В. (январь 2014 г.). «Радиальные глиальные клетки: ключевые организаторы развития ЦНС». Международный журнал биохимии и клеточной биологии . 46 : 76–9. doi : 10.1016/j.biocel.2013.11.013. hdl : 2262/68379 . ПМИД  24269781.
  9. ^ abcdefghij Силд М, Рутазер ES (июнь 2011 г.). «Радиальная глия: предшественник, путь и партнер». Нейробиолог . 17 (3): 288–302. дои : 10.1177/1073858410385870. PMID  21558559. S2CID  1817598.
  10. ^ Верхрацкий, Алексей ; Батт, Артур М. (2013). Глиальная физиология и патофизиология . Джон Уайли и сыновья, Inc. ISBN 9780470978535.
  11. ^ Комине О, Нагаока М, Ватасе К, Гутманн Д.Х., Танигаки К, Хондзё Т, Радтке Ф, Сайто Т, Тиба С, Танака К (ноябрь 2007 г.). «Формирование монослоя глиальных клеток Бергмана регулируется передачей сигналов Notch/RBP-J». Биология развития . 311 (1): 238–50. дои : 10.1016/j.ydbio.2007.08.042. ПМИД  17915208.
  12. ^ Рубинштейн, Джон; Ракич, Пасько (2013). Клеточная миграция и формирование нейрональных связей: комплексная нейробиология развития . Эльзевир Наука и технологии. ISBN 9780123972668.
  13. ^ Санес Д.Х., Рех Т.А., Харрис В.А. (2005). Развитие нервной системы . Эльзевир Наука и технологии. ISBN 9780126186215.
  14. ^ "Глиальная клетка Бергмана". 14 октября 2011 г. Проверено 10 сентября 2014 г.
  15. ^ Софронев М.В. (ноябрь 2014 г.). «Астроглиоз». Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии . 7 (2): а020420. doi : 10.1101/cshperspect.a020420. ПМЦ 4315924 . ПМИД  25380660. 
  16. ^ Кэтрин., Хаберланд (2007). Клиническая невропатология: текстовый и цветной атлас . Нью-Йорк: Демо. ISBN 9781934559529. ОСЛК  166267295.
  17. ^ Шохайеб Б. и др. (октябрь 2021 г.). «Сохранение идентичности нейронных предшественников и появление разнообразия неокортикальных нейронов». Семинары по клеточной биологии и биологии развития . 118 (118): 4–13. doi :10.1016/j.semcdb.2021.05.024. PMID  34083116. S2CID  235336596.
  18. ^ abcd Кригштейн А, Альварес-Буйя А (2009). «Глиальная природа эмбриональных и взрослых нервных стволовых клеток». Ежегодный обзор неврологии . 32 : 149–84. doi : 10.1146/annurev.neuro.051508.135600. ПМК 3086722 . ПМИД  19555289. 
  19. ^ Шохайеб Б. и др. (октябрь 2021 г.). «Сохранение идентичности нейронных предшественников и появление разнообразия неокортикальных нейронов». Семинары по клеточной биологии и биологии развития . 118 (118): 4–13. doi :10.1016/j.semcdb.2021.05.024. PMID  34083116. S2CID  235336596.
  20. ↑ Раш Б.Г., Лим HD, Брюниг Дж.Дж., Vaccarino FM (октябрь 2011 г.). «Передача сигналов FGF расширяет площадь поверхности коры эмбриона путем регуляции Notch-зависимого нейрогенеза». Журнал неврологии . 31 (43): 15604–17. doi : 10.1523/jneurosci.4439-11.2011. ПМЦ 3235689 . ПМИД  22031906. 
  21. ^ Раш Б.Г., Томаси С., Лим HD, Су CY, Vaccarino FM (июнь 2013 г.). «Корковое извитание, вызванное фактором роста фибробластов 2 в мозге мыши». Журнал неврологии . 33 (26): 10802–14. doi : 10.1523/jneurosci.3621-12.2013. ПМК 3693057 . ПМИД  23804101. 
  22. ^ Вайсман Т.А., Рикельме П.А., Ивик Л., Флинт А.К., Кригштейн А.Р. (сентябрь 2004 г.). «Волны кальция распространяются через радиальные глиальные клетки и модулируют пролиферацию в развивающемся неокортексе». Нейрон . 43 (5): 647–61. дои : 10.1016/j.neuron.2004.08.015 . PMID  15339647. S2CID  7094565.
  23. ^ Раш Б.Г., Акман Дж.Б., Ракич П. (февраль 2016 г.). «Двунаправленная радиальная активность Ca (2+) регулирует нейрогенез и миграцию во время раннего формирования кортикального столба». Достижения науки . 2 (2): e1501733. Бибкод : 2016SciA....2E1733R. doi : 10.1126/sciadv.1501733. ПМЦ 4771444 . ПМИД  26933693. 
  24. ^ Шарма П., Клайн HT (ноябрь 2010 г.). «Зрительная активность регулирует нервные клетки-предшественники при развитии ЦНС ксенопуса через musashi1». Нейрон . 68 (3): 442–55. doi :10.1016/j.neuron.2010.09.028. ПМК 3005332 . ПМИД  21040846. 
  25. ^ Мо З., Зечевич Н. (апрель 2009 г.). «Клетки радиальной глии плода человека генерируют олигодендроциты in vitro». Глия . 57 (5): 490–8. дои : 10.1002/glia.20775. ПМЦ 2644732 . ПМИД  18814269. 
  26. ^ «Нейробиологи-исследователи Скриппса находят стволовые клетки мозга, которые могут быть ответственны за высшие функции, больший мозг» . Исследовательский институт Скриппса . Проверено 1 марта 2014 г.
  27. ^ Стейндлер Д.А. (1993). «Глиальные границы в развивающейся нервной системе». Ежегодный обзор неврологии . 16 : 445–70. doi : 10.1146/annurev.ne.16.030193.002305. ПМИД  8460899.
  28. ^ Тан Х, Хаммак С, Огден СК, Вэнь З, Цянь Х, Ли Ю, Яо Б, ​​Шин Дж, Чжан Ф, Ли Э.М., Кристиан К.М., Дидье Р.А., Цзинь П., Сонг Х, Мин Г.Л. (май 2016 г.). «Вирус Зика заражает предшественники корковых нейронов человека и замедляет их рост». Клеточная стволовая клетка . 18 (5): 587–90. дои : 10.1016/j.stem.2016.02.016. ПМК 5299540 . ПМИД  26952870. 
  29. ^ Млакар Дж, Корва М, Тул Н, Попович М, Польшак-Приятель М, Мраз Дж, Коленц М, Ресман Рус К, Веснавер Випотник Т, Фабьян Водушек В, Визьяк А, Пижем Дж, Петровец М, Авшич Жупанц Т (март) 2016). «Вирус Зика, связанный с микроцефалией». Медицинский журнал Новой Англии . 374 (10): 951–8. дои : 10.1056/NEJMoa1600651 . ПМИД  26862926.
  30. ^ Шохайеб, Б. и др. (январь 2020 г.). «Ассоциация белка микроцефалии WDR62 с CPAP/IFT88 необходима для формирования ресничек и развития неокортекса». Молекулярная генетика человека . 29 (2): 248–263. дои : 10.1093/hmg/ddz281 . ПМИД  31816041.
  31. ^ abcd Бентивольо М, Маццарелло П (июль 1999 г.). «История радиальной глии». Бюллетень исследований мозга . 49 (5): 305–15. дои : 10.1016/s0361-9230(99)00065-9. PMID  10452351. S2CID  26003944.