Glia fiziológia I. Gliotranszmisszió - koki.hukornyei/Glia_eloadasok_2012_osz/06_07_Glia_fiziologia_I.pdf · Víz - homeosztázis szabályozása Swelling Agyi homeosztázis szabályozása

Glia fiziológia I.

Ioncsatornák

Neurotransz

mitter/neuro

modulátor

receptorok

Aquaporinok

Glutamát receptorok

GABA receptorok

Endotelin

receptorok

Citokin és kemokin

receptorok

Komplement

rendszer

Purinoreceptorok

Glia szincícium/network

Kapcsoltság

Asztro network

térbeli/időbeli

szabályozása

Gliális Ca++,

Ca++ hullámok

Gliotranszmitterek

Gap junctions

Hemichannels

Nem – vezikuláris release

Vezikuláris release

Gliális neurotranszmitter

transzporterek

Glutamát transzporterek

GABA transzporterek

Glycin transzporterek

Egyéb transzporterek

Ozmolitikumok

Glia eredetű neuropeptidek

Glia eredetű

növekedési faktorok

Csatornák, receptorok Kapcsoltság, Ca++

Gliotranszmisszió

Transzporterek, egyéb

glia eredetű faktorok

Glia fiziológia II.

Ion-homeosztázis az extracelluláris térben

„K+ spatial buffering”

Extracellular space

Retina, K+ siphoning

Cl- homeosztázis

Ca++ homeosztázis

pH szabályozás

[Glu]ec

szabályozása

Ammónia

[GABA]ec

szabályozása

Víz - homeosztázis

szabályozása

Swelling

Agyi homeosztázis szabályozása

Glia fiziológia

Érett makroglia: negatív nyugalmi membránpotenciál, ~-80-90 mV, a K+

konduktancia túlsúlya miatt (ez a membránpotenciált a K+ egyensúlyi

potenciáljához közel tartja)

DE: glia e tekintetben nagyon heterogén társaság !

- glia depolarizálható, de nem lesz regeneratív akciós potenciál

- ioneloszlás gliasejtekben hasonló más sejtekhez, kivéve Cl-, mely magasabb

asztroban és ODC-ben is más sejtekhez képest

K+ic: ~100-140 mM

Na+ic: <10 mM

Ca++ic: <0,0001 mM

Cl-ic: ~30-40 mM

Increased K+ concentration in the extracellular space close to

the glial cell passively depolarizes glial membrane potentials.

Ikeda, Shibasaki 2003

1960’s, Kuffler

Glia

fiziológia

Verkhratsky és Butt, 2007

Ca++

Na+

K+

Cl-

H20

Glia fiziológia Ioncsatornák

K+ csatornák (4 család, glián mindegyik jelen van)

1. Inward rectifier K+ csatornák

- ha a membrán depolarizált, zárva vannak.

- ha a membrán hiperpolarizált, (jobban mint EK), nyitva vannak

- inkább a befelé történő K+ influxot engedik

- ezek felelősek elsősorban a glia a negatív nyugalmi membránpotenciáljáért

- és fontosak az extracell K+ gyors eltávolításában !!

- 20 féle KIR - KIR4.1 -/- egér: elpusztulnak 8-20 napon belül: fehérállomány nem fejlett

eléggé

See later !

Kir4.1.: pl. asztrocitán és

ODC sejteken, lásd 03.

előadás

Kondicionális KIR4.1 -/- csak GFAP expresszáló sejtekben: Ezek is elpusztulnak 20-24

naposan. Szintén myelin károsodik !! Tehát van egy glia progenitor pool, mely GFAP-t

is expresszál de tud oligodendrogliát is képezni (O2A – de GFAP+ csak késői

stádiumában): itt ez károsodik !!


Fehérállomány vakuolizált...

1. KIR csatornák

- más típusok is jelen vannak klb. gliasejtekben, pl.


- KIR5.1 család

coassembly with Kir4.1

- KIR3.0 család

G-protein kapcsolt neurotranszmitter receptorokhoz asszociáltan

- KIR6.1, 6.2

ATP függőek, akkor aktívak ha. ic. ATP szint nagyon lecsökken –

segítenek a negatív nyugalmi membránpotenciál fenntartásában

metabolikus challenge idején

2. Delayed rectifier K+ csatornák, KD (lassan inaktiválódók)

3. Rapidly inactivating A-type K+ channels, KA (gyorsan inaktiválódók) 4. Calcium-activated K+ channels, KCa

- 1-4.: minden gliatípusban jelen vannak

- sokféle KD csatorna de

- KA-ból csak egyfélét, Kv1.4-et expresszálják gliasejtek

- KCa –ból 3 féle van, gliában mindhárom (BK, IK, SK) előfordul

- KD, KA, KCa zárva vannak nyugalmi membránpotenciálon,

- depolarizációkor nyitnak (-40 mV felett), ha ec K+ szint magas lesz

- funkcióik: még bizonytalanok

- Schwann sejtben Raniver-nél: KD-Kv1.5 és BK


Feszültségfüggő Na+ csatornák, NaV

- sok gliatípusban

- hasonlóak neuron/izom Na+ csatornáihoz

- amiben különböznek: denzitásuk: 1 Nav/10 um2 gliában (neuronban ez

10000/um2)

- szerepük ? – de éretlen glia-típusokban és gliatumorokban több van

Feszültségfüggő Ca++ csatornák, Cav (Ca++ entry into the cell)

- általában glia prekurzorokon és éretlen gliasejteken: növekedés, migráció, prolif.

- glia-fejlődés alatt downregulálódnak

- reaktív gliában up-regulálódnak

- éretlen oligodendrocita nyúlványokban jelen van – myelinációban szerep ?

- érett asztro/myelináló oligo sejtekben mikrodoménekben: funkció itt ?

- glia-nyúlványok patch clampja – problémás...

Cav jelen vannak, működnek..

Irodalom kevéske... Egyelőre lehetséges szerep: vezikuláris glu release

szabályozása gliából, epileptogenezis....

Lásd később !

Glia fiziológia AnIoncsatornák

Klorid és más anion csatornák

- fontos és jellemző: asztrociták aktívan tudnak Cl— t akkumulálni, magas az

ic. Cl- koncentrációjuk

- ez főleg a Na+/K+/Cl- (NKCC) kotranszporter működésének az eredménye

- funkció: talán asztro swelling (duzzadás) és ec. Cl- konc. szabályozása

Jayakumar, Norenberg 2010

K+ic: ~100-140 mM

Na+ic: <10 mM

Ca++ic: <0,0001 mM

Cl-ic: ~30-40 mM

OSR1: serine/threonine-protein kinase

SPAK: proline/alanine-Rich kinase

MAPK: mitogen activated protein kinase

Glia fiziológia AnIoncsatornák

- csak mostanában kezdjük megérteni jelentőségüket a glia-biológiában

- még sok technikai limitáció: pl. csatorna-spec antagonisták, ellenanyagok hiánya

- Cl- a legnagyobb mennyiségben jelenlevő anion

- ezeken a csatornákon át általában más anionok is vándorolhatnak: pl

aminosavak

- Cl- csatorna-családok:

- CFTR channels (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR) – Cl-

csatornaként működő ABC transzporter)

- Ca++-activated Cl- channels

- voltage-dependent anion-selective channels (VDACs)

- ClC channels (chloride channels)

- volume regulated anion channels (VRACs)

- Cl- csatornák asztroban való expressziója még csak néhány esetben igazolt,

főleg in vivo adat kevés

- pl. ClC2 van HC asztrocitákban, VRAC gyakori asztroban!

swelling, ozmoreguláció

Klorid csatornák

Összegyűjtötte: Jády Attila

Oxigén-glükóz depriváció

(ODG) – ra

eltérően reagáló

asztrocita populációkat

találtak:

high response- (HR-)

low response- (LR-)

asztrociták

Glia fiziológia Kation/AnIoncsatornák

Gén-expressziós adatok alapján készült ábra.

AQP4 – aquaporin channel (subtype AQP4), ClC2 - chloride channel (subtype ClC2), EAAT – excitatory amino acid transporter

(subtypes EAAT1 and EAAT2), HR – high response astrocyte, TWIK1 and TREK1 – two-pore domain potassium channels

(subtypes TWIK-1, TREK-1), KCC1 – K+-Cl− co-transporter (subtype KCC1), Kir4.1 – inwardly rectifying potassium channel, LR –

low response astrocyte, NKCC1 – Na+-K+-Cl− co-transporter (subtype NKCC1).

TREK1: K+

ClC2: Cl- Asztrocita

Heterogenitás !

Glia fiziológia Vízcsatornák

Aquaporinok

http://glia-uab.infomedia.com/content.asp?id=113337 Badaut 2011

AQP

- homotetramer

- mindegyik monomer bidirekcionális

H2O transzportot enged meg az adott

ozmotikus gradiens mentén

- központi pórus ionokra/gázokra

áteresztő

ortogonal array of particles, OAP

Asztrocita végtalpban

I. Aquaporinok:

- elsősorban vízcsatornák

- AQP0, 1, 2, 4, 5, 6, 8

II. Aquaglyceroporins:

- víz, urea, glicerol, monokarboxilát

(piruvát, laktát) transzport

- AQP3, 7, 9, 10

III. Super-Aquaporinok:

- intracellulárisak, ic. víz transzport,

- organellum és vezikulaméret és

homeosztázis

- AQP11, 12

- 7 féle AQP van rágcsáló agyban

- AQP1,4,9 jelenleg

legismertebbek/fontosabbak

Aquaporinok

Glia fiziológia Vízcsatornák

AQP1:

- choroid plexus epitélben

- cerebrospinal fluid formation

AQP9:

- májban a legnagyobb az expressziója

- a hepatocitákban az AQP9 expreszióját a

vér inzulin-tartalma szabályozza – agyban is

?

- víz, glycerol, monokarboxilát diffúzió

- agyban: tanyciták (ezek csak AQP9-et

expresszálnak), endotél, egyes neuron

populációk

- glicerol, monokarboxilátok: energia

szubsztrátok – agyi energia metabolizmus !

AQP: nincsenek szelektív, nem toxikus AQP blokkolók

Glia fiziológia

Aquaporin4

B: AQP4 szekvencia Crane 2008

M1: teljes hosszúságú

AQP4 izoforma (splice

variáns), ~34 kDa,

inkább egyedi csatornák

M23: rövid izoforma

-31 kDa, nagy OAP, >100

partikulum

A: piros-quantum-dot

jelölt AQP4 molekulák

motilitása a membránban

TIRF images

Agyban leggyakoribb forma.

Asztro végtalpon !

Glia fiziológia Neurotranszmitter/neuromodulátor receptorok

- szinte minden

receptort

expresszálnak,

amit a neuronok:

lokálisan azt,

amit az adott

környezet adott

idegsejtjei

- így képesek

neuronális

működést

érzékelni


Sőt: térbeli

szegregáció:

pl. gátló szinapszisok

közelében Bergmann

gliában inkább GABA

receptorok

koncentrálódnak

- nagyon gyakran

amire receptoruk

van azt saját

maguk is képesek

szekretálni



Neurotransmitter/neuromodulator

receptors in glial cells – scheme

showing the multiplicity of

neurotransmitter receptors

expressed in different types of

glial cells.

IICR – InsP3-induced Ca2+release; CICR –

Ca2+-induced Ca2+ release.

Ionotropic receptors: NChr – Nicotinic

Cholinoreceptors; GABAAR – GABA

receptors; GLY – glycine receptors; GluR –

glutamate receptors (AMPA, NMDA and KA

receptors); P2X – purinoreceptors.

Metabotropic receptors: VIP – vasoactive

intestinal polypeptide receptors; MChR –

muscarinic cholinoreceptors; NPY –

neuropeptide Y receptors; mGluR –

metabotropic glutamate receptors; BK –

bradykinin receptors; V2 – vasopressin

receptors; H1R – histamine receptors; OX

– oxytocin receptors; P2Y – metabotropic

purinoreceptors; 1AR – adrenergic

receptors; SbP – substance P receptors;

PAF – platelet activating factor receptors;

ETB – endothelin receptors; 5-HT –

serotonin receptors

Astrocyte NT receptors

Ionotropic receptors

A. Glutamate receptors: AMPA/Kainate, NMDA receptors

B. GABAAreceptors

C. P2X (ATP) Purinoreceptors

D. Glycine receptors

E. Nicotinic cholinoreceptors NChR

Metabotropic receptors

A. Glutamate receptors, mGluRs

B. GABAB receptors

C. Adenosine receptors: A1, A2, A3

D. P2Y (ATP) Purinoreceptors

E. Adrenergic receptors: 1AR, 2AR

F. Muscarinic cholinoreceptors: mChR M1–M5

G. Oxytocin and vasopressin Receptors

H. Vasoactive Intestinal: VIPR 1,2,3

I. Serotonin receptors: 5-HT1A, 5-HT2A, 5-HT5A

J. Angiotensin receptors: AT1, AT2

K. Bradykinin receptors: B1, B2

L. Thyrotropic-releasing hormone receptors: TRH1

M. Opioid receptors

N. Histamine receptors: H1, H2

O. Dopamine receptorS: D1, D2


Asztro:

- rengeteg-féle NT

receptor, neuropeptid,

kemokin, citokin receptor



ODC:

kevesebb NT receptor, mint

asztron, P2Y purinoreceptor a

leggyakoribb, de van AMPA és NMDA

is az érett, myelináló sejteken

OPC :

A1 adenozin rec., mGuR, GABAB,

gylcin rec. – developmentally

regulated and regulate OPC

differentiation and myelination


Oligodendrocyte NT receptors


A. Glutamate receptors: AMPA/Kainate, NMDA

B. GABAA receptors

C. Glycine receptors


A. Muscarinic cholinoreceptors: mChR M1, M2

B. P2Y (ATP) Purinoreceptors


Schwann:

kevesebb NT receptor, mint

asztron,

P2X és P2Y purinoreceptorok

Endotelin receptorok – chronic

inflammatory pain

Tachykinin (vazodilatátor..) rec.s


Schwann cell NT receptors


A. P2X (ATP) Purinoreceptors



B. Endothelin receptors, ETB

C. Tachykinin receptors, NK1


Mikro:

- sokféle NT receptor,

kemokin, citokin receptor


Microglia NT receptors



B. Glutamate receptors: AMPA/Kainate


A. P2Y (ATP) Purinoreceptors

B. GABAB receptors

C. Muscarinic cholinergic receptors

D. Cytokine/complement receptors

E. Chemokine receptors (CCR1–5, CXCR4..)

F. Endothelin receptors: ETB

Glia fiziológia Glutamát receptorok

- minden típus: 4-5 subunit

- AMPAR, KAR: főleg Na+/K+

- NMDAR: nagy Ca++ permeabilitás

- AMPAR: leggyorsabb deszenzitizáció,

- NMDAR: leglassabb deszenzitizáció

InsP3/DAG

kaszkád

cAMP

kaszkád

- asztrocitákon mGluR1,3,5

- éretlen OPC-n és mikroglián is vannak

Glutamát excitotoxicitás:

túl sok ec. Glu

Glu receptor túlaktiválás

NMDAR-on keresztüli Ca++ belépés

ic Ca++ növekedés miatti

foszfolipáz

endonukleáz,

proteáz aktiváció...

sejtpusztulás...

........http://www.youtube.com/watch?v=tvnjeMiHSI8

Glia fiziológia Ionotróp Glutamát receptorok

AMPA-R

- GluR1-4

- Na+/K+, gyors

- ha GluR2 hiányzik: Ca++ is

- asztrocitákban : gyakori, pl.

cortex, hippocampus,

cerebellum, retina, spinal cord,

corpus callosum minden

agyterületen területén

- mikroglia szubpopulációban (?)

De szerintük NEM direkt a Glu/GABA

hatás mikroglián !

KA-R

- GluR5-7 és KA1-2 subunits, Na+/K+

- asztrocitákon, oligodendroglián –

elektrofiziológia hiányzik !!

NMDA-R

- NR1-NR2A-D-NR3A-3B subunits, Ca++

- lassú válaszok - mikroglián ??? (inkább nincs)

- kérgi, gerincvelői asztrocitákon, Müller glián

sőt oligodendrocitákon sőt myelinhüvelyen

NMDARs might relay information about the volume of electrical

traffic of the underlying axon to the sheath and perhaps even

to the parent oligodendrocyte.

retina explant

time lapse videos,

patch clamp

Glu ecxcitotoxicitás: nem csak neuront, ODC-t is pusztíthat !

Glia fiziológia GABA receptorok

GABAA

-asztrocitákban minden agyterületen

-ligand-vezérelt Cl- csatorna, olyan mint a neuronális

DE

- asztroban Cl-ic ~35mM, neuronban 3-5 mM !!

- asztroban Cl- ekvilibrium potenciál: - 40 mV,

- neuronban Cl- ekvilibrium potenciál: - 70 mV, GABAA akitváció

ra neuronba Cl- influx és hiperpolarizáció

- gliában GABAA akitváció: Cl- efflux és depolarizáció

következik be, SŐT a GABAA akitváció a gliális K+ csatornákat

is gátolja és így facilitálja a depolarizációt

GABAB

néhány asztrocita

és OPC szub-

populációban

Glia fiziológia

Citokin és kemokin receptorok Glia fiziológia

• Type I citokin receptorok

IL2 (beta), IL3, IL4, IL5, IL6, IL7, IL9, IL11, IL12, GM-CSF, G-CSF, Epo, LIF, CNTF,

Thrombopoietin (TPO), Prolactin, Growth hormone

• Type II citokin receptorok

IFN-alpha, IFN-beta, IFN-gamma, IL10, IL22, and tissue factor

• Chemokine receptorok

CC chemokine receptors,

CXC chemokine receptors,

CX3C chemokine receptors,

XC chemokine receptor

• Tumor necrosis factor receptor (TNFR)

• TGF-beta receptors

TGFBR1, TGFBR2, and TGFBR3

• Immunoglobulin szupercsaládba

tartozó citokin receptorok

IL1R (type I and II), IL6R, PDGFR, SCFR, CSF-1R, etc.

http

://w

ww

.sinobio

logic

al.c

om

/Cyto

kin

e-R

ecepto

r-cla

ssificatio

n-sig

nalin

g-d

isease

-thera

peutic

-targ

etin

g-a

-

1311.h

tml

JAK/STAT

általában

Minden gliatípusban, általában osztódás,

növekedés, metabolizmus kontroll

Glia fiziológia

Endotelin

receptorok

- ETA, ETB1 and ETB2 receptorok - G protein coupled, ic Ca++ ↑

- ligand: ET1, ET2, ET3 (asztro is szekretálja)

- vazoaktív peptidek: simaizom-kontrakció, vérnyomásnövekedés

- főleg endotélen

- ETB-t találtak mikroglián is (Ca++ release ic. raktárakból)

- ETA és ETB receptor van asztrocitákon: aktivációjukra csökken a

GJ kapcsoltság

http://www.endothelin-conferences.org/Endothelin%20Biology/

- swelling szabályozása gliában

90 perc múlva kapcsoltság helyreáll

(ETR deszenzitizáció)

(glükóz: intercelluláris szállítás glia

hálózaton belül!!)

Komplement rendszer

Glia fiziológia - C3, C4, C5 komplement

fehérjék nagy glikoproteinek

- ezek kis darabjai, a C3a, C4a,

C5a az anaphylotoxin-ok

(inflammatorikus reakciót

indukálnak és ér áteresztő-

képességet növelik; kemotaxis-

reguláció, ROS termelés..)

- asztrocitákon és mikroglián

receptoraik expresszálódnak,

több komponenst saját maguk is

szekretálhatnak

Glia fiziológia

Purinoreceptorok

Purinerg nukleotidok: ATP, adenozin és metabolitjaik

Purinoreceptorok: P1-Adenozin és P2-ATP receptorok

minden gliatípus expresszál valamennyit ezekből

Adenozin P1 receptorok

htt

p:/

/w

ww

.herb

alz

ym

.com

/

A1, A2A, A2B, A3 receptorok

- G protein coupled metabotrop

- asztrocitákban mindhárom lehet

- extracell. adenozin általában ATP

bontás - ektonukleotidázok révén

keletkezik (de lehetséges

neuronális vagy gliális A release is)

- AR stimulálás Glu transzporter

expressziót növeli asztrocitán

- OPCn axon/glia kommunikációt

közvetítenek

1972, Burnstock az ATP

neurotranszmitter

1976, első purinreceptorok leírása

1992 után purinerg rendszer

iránti érdeklődés nagyon megnő

Koffein AR antagonista ATP: widespread gliotransmitter !

Glia fiziológia

Ekto ATPáz aktivitás fertőzött(*) sejt környezetében.

saját eredmény

Unpublished

Fotó: Dr Kittel Ágnes

Glia fiziológia

saját eredmény

unpublished

Primer

asztrocita

tenyészet

+ virus

Glia fiziológia

PT

Porcine testis

sejt

Asztrocita + PRV virus

Viral Epidemics in a Cell Culture

Gönci 2010

Glia fiziológia

Purinoreceptorok

-ligand vezérelt

ioncsatornák

-trimerek: homo vagy

heteromerek

-ATP kötésre gyors

konformációváltás;

Na+, K+, Ca++

-7 subunit, külön

géneken kódolva

-P2X7 aktivációra

extra nagy pórust

képez és hosszantartó

Ca++ influxot enged

meg – aktivációjához

nagy ATP konc. kell :

ez neuronsérüléskor

jellemző

-asztro, ODC, Müller

glia, mikro Verkhratsky és Butt, 2007

Coddou 2011

gyors deszenzitizációs idők

- klasszikus 7 TM

metabotrop receptorok

- CNS-ben: P2Y1, P2Y6,

P2Y11, P2Y12, P2Y13,

P2Y14

- ic Ca++ tranziens (sec-min) növekedése ↑

P2X7,

P2Y12

Mikroglia !!

Glia fiziológia Glia szincícium (syncytium)

1968-69 Gerschenfeld H.M. elsők közt írta le, hogy

– a gliasejtek karakterisztikus sajátsága, hogy rés-kapcsolatokon át kapcsoltak

- a neurotranszmitterek ezt a kapcsoltságot modulálják, neuron-asztro kommunikáció

recently Christian Giaume

Cx43 asztro tenyészet

„..glial cells are not organized as a syncytium, as initially

proposed, but rather as networks of communicating cells with

defined spatial organization and plasticity, as their modalities of

intercellular communication are controlled by endogenous signals

in normal and in pathological situations..”

izom – egy többmagvú sejt

szívizom – több sejt, gap junctions

Kapcsoltság

“pan-glial syncytium”

asztro-ODC-ependyma..

Ken McCarthy

Glia hálózat (network)

Glia fiziológia Kapcsoltság

glial cells have developed mechanisms alternative to

synaptic transmission that is characteristic of neurons

gap junction channels (GJ)

gap junctional plaques

hemichannels (HCs)

Connexins

Cx Pannexins

Panx

http://www.cytochemistry.net/cell-biology/membrane2.htm Giaume, Liu 2011

gap junction kifejezés: “gap”:

2-2,5 nm rés a sejtek között

active contribution of glia to information processing

Glia fiziológia

- két sejt közti rés csak 2-2,5 nm

- connexinek (6 db) connexon

- ~20 altípus

(26-62 kDa; pl. Cx43 = 43 kDa)

- minden connexinben 4 TM domén

- homomer vagy heteromer

connexonok

- homocelluláris vagy

heterocelluláris kapcsolat

- 1,5 nm pórus: relatív nagy, akár

1 kDa molekulák is átjuthatnak,

Ip3, ATP, vitaminok és ionok –

elektromos kapcsoltság is

- ‚open’-’closed’ állapotok

- hemichannels

Gap junctions

http://www.unmc.edu/biochemistry/ Paul Sorgen

Glia fiziológia Gap junctions

GJ csatorna nyitását szabályozza: - nagy Ca++

ic ↑: permeabilitás ↓

- pH ↓: permeabilitás ↓

- cAMP, PKC, connexin foszforiláltság, diszulfid hidak..

- feszültségfüggés

Plug gating model for

transjunctional voltage-

dependent

gating of the Cx26

gap junction channel.

A: ha nincs feszültségklbség a

két sejt között: N-terminális

hélixek (NTH) az 1 TM régióhoz

simulnak hidrofób módon

B: pozitív elektromos mező

„kihúzza” az Asp2-t (ez negatív

töltésű-), NTH a pórusba kerül,

dugót képez.

Hiánya: congenital deafness

Asztroban is van

Maeda 2011 TM1: transzmembrán 1. régió; NTH: N-terminális hélix

Glia fiziológia Kapcsoltság Connexinek - Pannexinek

PanX

- gerinctelen innexinekkel homológok – így azonosítják őket

- tulképp nagy transzmembrán csatornák: csak hemichannel-t képeznek

Asztrociták:

- PanX: egyelőre nincs expressziójukra meggyőző bizonyíték

- főleg: Cx43, Cx30, kevesebb: Cx26, Cx40, Cx45

- Cx43 embrionális kortól, Cx30 - 2. posztnat héttől csak szürkeállományban

Mikroglia:

- aktivációra Cx43, illetve Panx1, Cx32

Neuronok:

- Cx26, Cx32, Cx36, Cx37, Cx40, Cx43, Cx45, Cx47

illetve Cx43 és Cx32 is jelen lehet

- Cx36 – csak neuronokban !

- Panx1 is jelen van több neuronális populációban és PSD95-tel kolokalizál:

szinaptikus funkcióban is szerepe lehet, szintje már születés környékén magas

- Panx2 is jelen van neuronokban, főleg felnőttben Giaume, Liu 2011

NG2 glia:

- nem kapcsolt (nincs

erre jelenleg adat)

Schwann sejt

- myelináló sejt: Cx32

- éretlen Schwann: Cx46

Oroszok

Astrocyte–astrocyte (A/A) coupling

- Cx30 és Cx43 kolokalizál asztro GJ plakkokban

- variációk: Cx30/Cx30, Cx43/Cx30, and Cx43/Cx43

- eddigi el.fiz adatok: kolokalizáció ellenére inkább homotipikus GJ valószínű

(nagyobb festékterjedés, ha csak Cx30-at vagy Cx43-at expresszáltatnak pl. HeLa

sejtekkel)

Glia fiziológia Kapcsoltság

Astrocyte–oligodendrocyte (A/O) coupling

- GJ-t sokkal inkább a szomszédos asztrokkal képeznek, mint más ODC-kal

- A/O kapcsolat heterotipikus kell legyen, mert ODC-k más Cx-ket expresszálnak,

mint asztrok: Cx29, Cx32, Cx45, Cx47

Oligodendrocyte–oligodendrocyte (O/O)

coupling

- újabban van csak néhány adat O/O GKJ

kapcsolatra (corpus callosumban)

- Cx32 és Cx47 vesz részt ezekben az O/O

kacsolatokban

Neuron-glia coupling

- kevés bizonyíték van neuron-glia GJ

kapcsoltságra

- neuron-neuron inkább? Neuronális

kapcsoltság nő, ha neuron sérül ! Giaume, Liu 2011 Orthmann-Murphy 2008

“pan-glial syncytium”

Lásd még: 3. előadás !

Glia fiziológia

- átlagosan egy asztro-pár a

szürkeállományban 230 GJ-vel

kapcsolt: magas fokú

kapcsoltság !!

- GJ-n terjedő festékek: lucifer

yellow, Alexa dyes, biocytin,

sulforhodamine B …

- DE: pl. biocytin és

sulforhodamine B-vel kapott

kapcsoltság nagyon más !!! :

kapcsoltsági csoportok mérete:

biocytin: 73 +-17 és SB:15+-1

darab asztrocita kapcsolt

- kapcsoltság mértéke

agyterületenként nagyon eltér:

cortexben szinte teljes

kapcsoltság (~100%);

látóidegben 80%, HC-ban csak

50%, corpus callosumban szinte

semmi

Astrocytic coupling in the neocortex and in the corpus

callosum (biocytin staining).

300 um slice

50 um slice

Kapcsoltság

Asztro biocytin jelölése cortexben

Asztro azonosítás morfológia/elfiz alapján

Houade, G

iaum

e 2

006

P11 egér

Kapcsoltság

Asztro biocytin jelölése hippocampusban, CA1

Asztrociták a CA1-ben jobban kapcsoltak, mint CA3-ban. Ennek

funkcionális jelentősége még kérdéses. De pl. CA1-ben kevés

kapilláris van CA3-hoz képest: metabolikus szignálok jobban

terjedhetnek a kevésbé vaszkularizált területeken így ???

Glia fiziológia

Glia fiziológia

barrel cortex:

szomatoszenzoros kéreg

IV. réteg

http://www.bacofun.medizin.uni-mainz.de/102.php

Kapcsoltság

“Such anatomofunctional

organization offers an ideal

model to study how astrocytic

networks are organized in

reference to neuronal

compartments”

A: akut szelet, infravörös megvilágítás

B: morfológia és méret alapján kiválasztott

asztro egy patch pipetta végén

C, D: biocytin immunfestés,

P5 és P10

E: carbenoxolone (100M) (GJ

szétkapcsolószer)

F: biocytin+ sejtek számolása: P5-P10 közt

nagy váltás

Kapcsoltság

A, B: nincs NeuN/biocytin kolokalizáció

C, D: nincs NG2/biocytin kolokalizáció

E, F: biocytin/S100 kolokalizáció (S100

ereket is festi)

GFAP-GFP egerekben is nézik, de itt

alacsony az átfedési arány: GFAP

expresszió kéregben alacsony mértékű,

S100 jobb marker - esetleg ODG lehet,

ezt rendesen diszkutálják is !

Kapcsoltság

Glia fiziológia I.

Ioncsatornák

Neurotransz

mitter/neuro

modulátor

receptorok

Aquaporinok

Glutamát receptorok

GABA receptorok

Endotelin

receptorok

Citokin és kemokin

receptorok

Komplement

rendszer

Purinoreceptorok

Glia szincícium/network

Kapcsoltság

Asztro network

térbeli/időbeli

szabályozása

Gliális Ca++,

Ca++ hullámok

Gliotranszmitterek

Gap junctions

Hemichannels


Vezikuláris release

Gliális neurotranszmitter

transzporterek

Glutamát transzporterek

GABA transzporterek

Glycin transzporterek

Egyéb transzporterek

Ozmolitikumok

Glia eredetű neuropeptidek

Glia eredetű

növekedési faktorok

Csatornák, receptorok Kapcsoltság, Ca++

Gliotranszmisszió

Transzporterek, egyéb

glia eredetű faktorok

A1-A2: festékterjedés 20 perccel

sulphorodamin beadása után, barrelen

belüli asztrociták közt

B1-B2, festékterjedés 20 perccel

sulphorodamin beadása után, barrelek

közti septumban levő asztrociták közt

Houades 2008

“ astrocytic networks parallel the columnar

compartmentalization of neurons in the

somatosensory cortex”

Houades 2008

Kapcsoltság

barrel cortex:

szomatoszenzoros kéreg

IV. réteg

CX3CR1 deficiency delays microglial cell

recruitment into the barrel centers

CX3CL1=fractalkine (chemokine)

CX3CR1=fractalkine receptor

Kapcsoltság

- asztrok kapcsoltak

glomerulusokon belül, de

glomerulusok között nem

- KO egerek: Cx30 végzi itt a

kapcsolást bár Cx43 is van

lásd 4. előadás (ONEC sejteknél)

Asztrocita network

térbeli/időbeli

szabályozása

• milyen connexint expresszálnak asztrok

neuronális aktivitás, más agyi sejtek által

termelt faktorok, glia-aktiváció :

neurotranszmitterek, endotelinek

(gátlás!), citokinek …

• Cx kipakolódás/visszavétel szabályozása

• GJ nyitottság szabályozása:

• Cx kompatibilitás (homo/heteromerek)

• csatorna szelektivitása (tradicionálisan

“poorly selective channels” – de a “dye

spreading” – nem azonos biomolekulák

átjutásával !! )

• csatorna feszültség-függése szintén

szűrheti, milyen molekulák merre

jutnak át

Glia fiziológia Kapcsoltság Cx43 átengedi:

- cAMP, InsP3

- Ca2+

- AS: glutamate, aspartate és taurine

- nukleotidok: ADP, ATP, CTP, NAD

- energia-metabolitok: glükóz,

glükóz-6-foszfát és laktát

- kis peptidek pl. glutathione

- RNS

Cx30 átengedi:

- kevesebb info, eddig:

-ATP, InsP3, aspartate,

glutamate, glükóz és laktát

- ionszelektív: kationokat

jobban átengedi mint anionokat

Cx30/Cx30 és Cx43/Cx43 és

Cx30/Cx43 csatornák is feszültség-

függőek (konduktanciájuk a

transzmembrán feszültségtől függ)

- sejtek izolálhatják magukat pl.

sérült sejtektől

!

Giaume, Liu 2011

Glia fiziológia Ca++ Ca++ szignalizáció nagyon általános, rengeteg

minden szabályozza ic Ca++ szintet: térben/időben

nagyfokú szabályozottság kell ! szabad Ca++

kevés a sejtben

: rengeteg a

Ca++ kötő

fehérje

NMDA rec !

LTP...

Glia fiziológia

Ca++

Ca++ homeosztázis fő útvonalai/komponensei Verk

hra

tsky B

utt 2

007

NCX – Na+/Ca2+ exchanger; PMCA – Plasmalemmal Calcium ATP-ase; Ca2+–BP –Ca2+ binding proteins; InsP3R

– Inositol-1,4,5-trisphosphate Receptor/Inositol-1,4,5-trisphosphate-gated Ca2+ channel; RyR – Ryanodine

Receptors/Ca2+-gated Ca2+ channel; SERCA – Sarco(Endo)plasmic Reticulum Calcium ATPase. Intra-ER Ca2+

binding proteins also act as Ca2+ dependent chaperones, which are enzymes controlling protein folding into

the tertiary structure. PTP – permeability transition pore

Store operated

Ca++ channel

(SOOC) :

„kapacitatív” Ca++

belépés: ic Ca++

raktár kiürülése Ca++

influxot indukál

Glia fiziológia

Ca++

Calcium-induced Ca++ release ic Ca++ koncentráció↑: RyR2, RyR3 receptorokat aktiválja: ER-ból is Ca++ release citoszolba

Depolarization-induced Ca++ release Depolarizáció: RyR1 receptor-aktiváció (izom!)

InsP3-induced

Ca++ release: ha ic Ca++ ↑ : InsP3-Rec érzékeny- sége nő InsP3-ra

Ca++ spark, puff

egyetlen RyR vagy

Insp3R nyitása miatt

bekövetkező

citoszolikus Ca++ ↑

és ez továbbadódhat:

propagating

intracelllular

Ca++ wave

Ca++ excitotoxicity

ha túl sokáig magas az

ic Ca++

gliában ez a fő útvonal

DE: gliában RyR

szerepe Ca++

signalingban

kicsi vagy semmi

koffein !

RyR és InsP3

Ca++ érzékenysége

miatt alakulhat ki ez

a tovaterjedő Ca++

hullám

nem maga a Ca++

ion terjed tova,

hiszen ez azonnal

kikötődik Ca++kötő

fehérjékhez hanem

újabb és újabb

Ca++ efflux

történik !

Glia fiziológia Ca++

- glia – neuron közti különbség: gliasejtekben ritka a

feszültségfüggő Ca++ csatorna: legtöbb érett gliában

(asztro, ODG, Schwann) nincs, progenitorokban van – de

éréskor eltűnik (másik különbség: glia ER-ben a Ca++

konc.:100-300 uM (neuronban: 300-800uM)

- Ca++ influx érett gliába: főleg ligand-gated csatornákon:

ionotróp glutamát receptor, P2X purinoreceptor

metabotrop receptorok InsP3 InsP3Rec aktiváció ER

ER-ből Ca++ release

citoszolba

ER kimerül

Ca++ influx

(SOOC)

magas Ca++ szint

tovább fennmarad,

mint maga a

stimulus

- ez lehet egyszeri (peak), több száz mp-ig tartó Ca++ plateau

- vagy ismétlődő oszcilláció !!

- metabotrop receptorok Ca++ hullám indításában fontosak

Ca++

wave

starfish

egg

Carroll 1997

Asztroglia monolayer

in vitro

calcium hullám „átugrik” a sejtmentes

sávon

Hassinger 1996

Ca++ hullám

a stimulált

sejt körül

Ca++

hullám

amit a

perfúzió

eltérít

propagating

intercelllular

Ca++ wave

Glia fiziológia

Ca++

ATP

InsP3

Glia fiziológia

Ca++ waves

propagating

intercelllular

Ca++ wave

fenntartása:

A: intracell InsP3

diffúzió

B: regeneratív

Ca2+- függő

‘gliotransmitter’

release és

extracell diffúzió

C: fokális

gliotranszmitter

release, mely

nagy távolságra

diffundál (több

száz um-re is,

~15-20 um/sec)

Asztrocita-

hálózatok az agy

klb területein

máshogy

szabályozódnak:

Pl. Cx43 KO

esetén kéregben

nincs hullám de

HC-ban megmarad

Neuronális akciós potenciál: ms

Asztro Ca++ hullám: sec-min

Glia fiziológia

Ca++ waves

Spontán calcium

oszcillációk

asztrocitákban.

Hippocampus, CA1. A: Calcium Green AM

B: GFAP/S100

immunostaining.

C: overlay

D: average fluorescence

intensities from boxes 1–5

normalized to baseline

level, and plotted over

time.

Four of the 5 cells

exhibited spontaneous

calcium oscillations and

all cells responded to

tACPD (mGluR agonist)

application with a

calcium increase. s.r.,

stratum radiatum; s.p.,

stratum pyramidale

Glia fiziológia

Ca++ waves

Ca++

oszcillációk

HC asztro

nyúlványaiban

Oregon Green

BAPTA-1 töltés

Nett 2002

A: regions of interest (ROI)

B: a 4 nyúlvány elég különböző Ca++ jeleket ad C. II. csoport kinagyítva: Ca++ ↑ ROIs 9-10 területén kezdődött,

innen ic. calcium hullám halad végig a nyúlványon

Glia fiziológia

Ca++ waves

Nucleus

accumbens,

Patkány

agyszelet

Fluo-4AM töltött

sejtek, ATP hatás

Molnár, Kardos 2011

Na de mire jók ezek a Ca++ hullámok ?

Jeff Lichtman (Harvard University) Bra

inbow

1 asztro territóriumában: néhány neuronális sejttest !!

És nagyon sok szinapszis !!

plazmás asztrocita territóriumában

rágcsáló: ∼20,000–120,000 szinapszis

ember: ∼ 2 millió szinapszis

Halassa 2007

Reichenbach 2010

Philip Haydon

B, egyetlen asztro is

koordinálhat pl. egy több

dendritből álló csoportot

A, 3 asztrocita. Különböző

neuronális kompartmentumokat

más-más asztro kontrollálhat.

Intercelluláris Ca++ hullámok :

- in vitro

- in vivo a fejlődő agyban

- specializált szövetekben (pl. retina)

- patológiás esetekben (pl. Alzheimer kór, epilepszia )

akkor is kilakulhat lassú neuronális depolarizáció: „photolysis of caged

Ca2+” elegendő gliális Ca++ szint növekedés kiváltásához

gliális Glutamát release

epileptikus aktivitás

ha szinaptikus aktivitást gátolják és fesz. függő Ca++ csatornákat

blokkolják neuronokon

- normál felnőtt agyban, in vivo : ???

http://www.rikenresearch.riken.jp/eng/research/7018

Gliotranszmitterek Volt

err

a,

Meld

ole

si 2

005

Glia fiziológia Asztrocitákban !

Gliotranszmitterek Glia fiziológia


Transzporterek

megfordulása

pl. Glu release

asztroból

csak patológiás

esetekben

Volume-activated anion

channels

glutamát és taurin

ürülése; hipozmotikus

körülmények közötti

asztro swelling hatására

nyílnak Pl.: pituicitákból taurin release,

ez VP/OT neuronok glicin-

receptoraival kerül kapcsolatba:

VP/OT release: a test ozmotikus

homeosztázisának szabályozása

Hemichannels

Glu, Asp, ATP

release

P2X7 purino-

receptorok

nagy pórus – ATP

release patológiás

esetekben, ha

extracell ATP szint

magas

Glia fiziológia

- lokális !! Ca++ indukálja a

plazmamembrán/vezikula fúziót

- vezikuláris Ca++ szenzor: synaptotagmin I

- vezikuláris még: synaptobrevin II

- plazmamembrán: syntaxin, SNAP25

- ezek alkotják együtt a SNARE komplexet

... stb, persze sokkal komplexebb ...

- asztroban minden

komponens jelen van !!

(mint ami neuronokban!)

- VLUT is van asztroban !

- szinaptikus-szerű

mikrovezikulák

Gliotranszmitterek

Vezikuláris release (exocitózis)

ELMI:

szinaptikus-szerű

mikrovezikulák

(SLMVs)

asztrocitában

(hippocampus)

méretre és formára is

hasonlítanak a szinaptikus

vezikulákhoz

Volterra, Meldolesi 2005

Gliotransz-

mitterek

Vezikuláris

release

(exocitózis)

Gliotranszmitterek

Vezikuláris release (exocitózis)

Glia fiziológia

- neuron: feszültség-függő

Ca++ influx: gyors

-glia: Ca++ belső

raktárakból: lassú, de

hosszan tartó

- HC asztrocitákban speciális exocitózis: “kiss and run” exocitózis: vezikula rövid

ideig (~2 ms) nyit, aztán zár – nem ürül ki teljes tartalma !

Asztro glutamát

release-t

stimulálhatja:

- P2Y, mGluR,

bradykinin, BDNF

receptor aktiváció

- ic. Ca++ kelátorok

(pl. BAPTA-AM)

teljesen gátolják

Asztro szekretálhat

D-serine-t is, ez

speciális gliotransz-

mitter, glia gyártja L-

serin-ből racemase

enzim révén: NMDAR

glycin kötő-helyeit

stimulálja

Asztro/neuron kommunikáció !

Glutamát

exocitózis

asztrocitákból

VGLUT

EGFP

FM-64

festék

együtt

[Ca++]ic ↑ hatására

FM-64 kiürül

a vezikulumokból

TIRF

Volte

rra, M

eld

ole

si 2005

TIRF mikroszkópia

Gliotransz-

mitterek

2004 Bezzi, Paola

astrocytes expressing the

fluorescent

synaptobrevin 2 derivative,

synapto-pHluorin

Documents

Glia fiziológia I. Gliotranszmisszió - koki.hukornyei/Glia_eloadasok_2012_osz/06_07_Glia_fiziologia_I.pdf · Víz - homeosztázis szabályozása Swelling Agyi homeosztázis szabályozása