neuronok neuroglia erek falát és agyhártyákat alkotó sejtek

neuroektodermális eredet

(kivéve mikroglia)mezodermális eredet

asztroglia oligodendroglia mikroglia ependyma

* asztrociták

* glia limitans sejtjei

* Bergmann glia

* radiális glia

*ependymociták

*ependyma-

szervek sejtjei

*choroid plexus

hámsejtjei

* rezidens

mikroglia

bevándorolt

makrofágok

* oligodendrociták

* szatellitasejtek

* NG2 sejtek

* olfactory nerve

ensheating

cells (ONEC)

* tanycita

* Müller glia

* pituicita* corpus

pineale

gliasejtjei

*adeno-

hipofízis

csillag-

sejtjei

* enterális

gliasejtek

Gliális sejttípusok az idegrendszerben

* Schwann sejtek

pericelluláris

perinodális asztrociták

* II. típusú asztrociták

GLIA: gyűjtőfogalom !!! “gliák”

Photo: NIH, retina

This image shows a sample of tissue from

the light-sensitive retina in the back of

the eye, as seen through a microscope.

The green cells around the red blood

vessels are called microglia. The blood

vessels and microglia overlap in the

yellow areas. Both the microglia and

blood vessels are surrounded by retinal

nerve cells that are not seen in this

picture. Microglia are an important part of

the immune system in the retina. They

survey the retina for signs of disease and

cell damage by constantly moving their

long, arm-like extensions back and forth

in the space around blood vessels and

nerve cells.

Mikroglia

axon terminális

dendrit és dendrittüske

asztrocita

mikroglia

http://www.urmc.rochester.edu/labs/Majewska-Lab/projects/microglial_function_in_the_healthy_brain

Mikroglia

http://www.retinalmicroscopy.com/glial.html

mikroglia retinában

A ‘MIKROGLIA’ felfedezése

Río-Hortega rajzai. Different

morphological types of microglial

cells in the rabbit Ammon's horn.Verkhratsky A, Parpura V, Rodríguez JJ. 2011

microglia

1921, Pio del Rio-Hortega, Cajal tanítványa volt. Bevezette az

ezüst karbonátos festést, ami szelektíve jelölte az

oligodendrocitákat, melyeket 1928-ban osztályozott. Ő vezette be

a mikroglia fogalmát is, eredetileg “szemétgyűjtő” („garbage

collecting”) sejteknek nevezve őket. Kimutatta, hogy a mikroglia

születés után jut az idegrendszerbe és reagál a sérülésekre.1882-1945,

Spanish physician,

histologist,

anatomist

Evolution of microglia during its

phagocytic activity.

A, cell with thick, rough

prolongations; B, cells with short

prolongations and enlarged cell

body; C, hypertrophic cell with

pseudopodia; D-E, amoeboid and

pseudopodic forms; F, cell with

phagocytosed leukocyte; G, cell

with numerous phagocytosed

erythrocytes; H, fat-granule cell; I,

cell in mitotic division.[Photomicrographs by Rio-Hortega, 1932]

Kettennmann 2011

Mikroglia eredete

colony stimulating factor 1 receptor/ Il34 ennek ligandja

és a transforming growth factor b CSF1R a

nta

goniz

álá

s = s

zele

ktí

v m

ikro

glia irt

ás

(a) Venn diagram showing similarities and differences of the top 10% of transcripts expressed in microglia and macrophages. (b) Heat map

and hierarchal clustering of the transcripts that are unique to microglia or macrophages, showing a distinct signature for each of the cell

types. (c) The top 25 transcripts with the highest CMMR that were unique to microglia were barely detectable in macrophages (P < 0.00001

for differences between microglia and macrophage expression). These 25 transcripts showed a high level of enrichment (log2 fold change

>4) over macrophages regardless of the level of expression in microglia. (d) The top 25 transcripts unique to macrophages with the highest

CMMR had barely detectable levels in microglia (P < 0.00001 for differences between macrophages and microglia expression). These 25

transcripts showed high levels of enrichment (log2 fold change >5) over microglia regardless of the level of expression in macrophages.

Values in c and d are presented as mean ± s.d. of three different experiments carried out with microglia pooled from 22, 10 and 20 mice,

and three pools of macrophages from ten mice per pool.

direct RNA sequencing,

without amplification or

cDNA synthesis

„…microglia have a distinct

transcriptomic signature and express

a unique cluster of transcripts

encoding proteins for sensing

endogenous ligands and microbes

that we refer to as the sensome”

P2RY12

co

pie

s p

er

mill

ion

ma

pp

ed r

ea

ds (

CM

MR

)

(Bal) GFP+ mikroglia

neuronok között, P12 kéreg

- szeletkultúra,

highly ramified, resting

mikroglia

(Jobb) GFP+ -mikroglia HC

szeletkultúrában, P6 egér,

aktivált mikroglia

nagy sejttest, rövid

nyúlványok

http://www.biology.uiowa.edu/daileylab/projects.html

Mikroglia aktiváció nyugvó

restingaktivált

Stence 2001

… motilis, in vitro

fagocitál..

… motilis, in vivo

Green: microglia

Red: astrocytes

Green: neuron

Orange: microgliaspontaneous neuron activities

Mikroglia – makrofág populációk idegrendszerben

David, Kroner 2011

CD: cluster of

differentiation,

nomenklatúra

1982

CD11b: integrin alpha M (ITGAM) = macrophage-1 antigen (Mac-1) or complement

receptor 3 (CR3)

CD45: protein tyrosine phosphatase, receptor type, C (PTPRC), leukocyte common

antigen: hematopoietikus sejteken

CD163: egyik scavenger receptor (SCRC) család tagja (haptoglobin-hemoglobin

(Hp-Hb) receptor)

CD204: scavenger receptor (tüdő – szilikon-indukált apoptózis)

IBA-1: IC Ca++ kötő fehérje

Mikroglia - markerek

Isolectin B4: griffonia (=bandeiraea)

simplicifolia isolectin B4, glikoprot.

(griffonia, afrikai kúszócserje)

lektinek: cukor-kötő fehérjék, de

nem glikoproteinek ! csak nagy

specificitással kötnek cukrokat

(csak néhány...)

http://www.prohisto.com/category_s/124.htm

Micro: CD11b+, CD45low

Macro: CD11b+, CD45high

Scavenger receptors (SRs) are a 'superfamily' of membrane-bound receptors that were initially thought to bind and

internalize modified low-density lipoprotein (LDL), though it is currently known to bind to a variety of ligands including

endogenous proteins and pathogens.

(makrofágon is)

CD86: antigén-prezentáló sejteken expresszálódó fehérje, T sejt aktivációhoz

szükség ko-stimuláció szignálokért felel

Mikroglia - markerek (csak néhány...)

ED1: CD68: macrosialin; acidic, highly glycosylated lysosomal glycoproteins (LGPs)

család tagja, pl. lizoszomális membránokat védi hidrolázoktól

CD16: low affinity Fc receptor, hFcRIII (Fc-gamma R3)

CD32: sejtfelszíni antigén, hFcRII (Fc-gamma R2), IgG Fc részének

leggyakoribb receptora

Arginase 1: (Arg1) citoplazmatikus enzim, májban nitrogén eliminációban van

szerepe (arginine hidrolízis ureává és ornithin-né); míg klasszikusan aktivált

makrofágokban iNOS termeli NO-t, addig, alternatívan aktivált makrofágokban az

Arg1 csökkenti, nitrogén hozzáférhetőséget szabályozva

Rezaie, Lantos 2000CD206: mannose receptor 2 (C type lectin)

http://www.oculist.net/downaton502/prof/ebook/duanes/pages/v7/v7c025.html

vakuolizált

mikroglia

látóidegben

Mikroglia migrációt irányító faktorok

ATP

- kemoattraktáns

- P2Y12 itt is kell

- P2X4 is

ADP

- P2Y12/13

Adenozin

-CD39 (NTPDase!) KO

mikroglia migrációját ATP

nem stimulálja,

- de adenozin igen

- migrációhoz adenozin

KELL !

Glutamát, dopamin,

epinephrine

- szintén

kemoattraktánsok

lehetnek

Kemokinek (chemokines; chemotactic cytokines)

- sérült neuron CCL21 kemokint termel, mikro

számára kemoattraktáns (mikroglián ez több 10

percig tartó Cl- konduktanciát okoz, kemotaxis Cl-

csatorna gátlókkal blokkolható)

- CX3CR1 (CX3CL1 receptor) mikrogliális: van

szerepe nyúlványmotilitásban, migrációban is

- SDF1a (stromal derived factor 1) és mikroglális

CXCR4 receptora

- MCP-1 (monocyte chemotactic protein 1): ezt

maga az aktivált mikro termeli, tovább fokozza

mikroglia akkumulációt aktiváció helyén

cannabinoidok

LPA (lysophosphatic acid)

morfin

Mikroglia

bradykinin

NGF, HGF

b-amyloid

Mikroglia Mikroglia szerepe az egészséges agyban:

• felnőtt agyban: apoptotizáló neuronok

eltávolítása pl. felnőtt agyi neurogén zónákból

• fejlődő idegrendszerben: szinaptogenezis és

remodelling (több kontaktus alakul ki, mint

ami megmarad; synaptic pruning – éretlen

és nem kellő szinapszisok eliminálódása)

• hippocampus szubgranuláris zónájában

született sejtek nagy része 1-4 napon belül

apoptotizálni kezd: ezeket „unchallenged”

microglia gyorsan eltávolítja

• mikroglia-szinapszis kapcsolatok: 2 foton

mikroszkópia: mikroglia átlagosan óránként min.

egyszer, kb 5 percre kontaktusba kerül axon

terminálisokkal és dendrittüskékkel

• ischaemia alatt a kontaktus hosszú (120

min) lesz

• sérüléseknél mikroglia is részt vesz a

„synaptic stripping”- ben (preszin. és

posztszin neuron szeparálása glia-

nyúlványokkal)

• neuronhálózatok mikroglia általi reorganizációja: 1 hétig vizuális ingerektől

megfosztották egereket – szinaptikus gyengülés : mikroglia nyúlványok

érintkezése zsugorodó dendrittüskékkel gyakoribb lett és fagocitózis jelei

gyakoribbak

Mikroglia szerepe az egészséges agyban:microglia marker Iba-1

(gold particles)

• mikrogliális ATP/adenosin release → asztrogliális Glu

release amplifikációja → neuronális aktiváció (mGluR)

Mikroglia modulálhatja a neuronális aktivitást

SD: erős Ca++ jel

neuronban

Mikroglia érzékeli a neuronális aktivitást

Nyugvó (resting) mikroglia

ramified – nyúlványos, nyugvó fenotípus

részben neuronális szignálok (pl CX3C-chemokine ligand 1 (CX3CL1), CD47, CD200 and

CD22) tartják fent ezt az állapotot mikro megfelelő receptorain át

http://ucsf.edu/lm/introductionneuropathology/Response_to_Injury/Mi

croglia.htm

A család 4

csoportjának

elnevezése: az első

(N terminálishoz

közeli) két Cystein

milyen távolságra

van egymástól.

Chemokines

két Cys egymás mellett egy aminosav van közöttükösszesen két Cys van bennük: egy az

N-terminálisnál, a másik távolabb

három aminosav van közöttük:

CX3CR1: receptor

MIKROGLIACX3CL1: ligand

NEURON

fractalkine (ez az egyetlen ilyen típusú citokin)

Mikroglia toborzás:

más sejtekhez

való kötődés

CX3CR1: konvencionális, Gαi-coupled 7-

transzmembrán receptor.

CX3CL1: nem konvencionális kemokin,

hiszen membrán-kötött: a CX3C domén

(N-terminális) egy erősen glikozilált,

mucin-szerű nyélen helyezkedik el.

CX3C domén: kell a receptor kötéshez, de

nem tud erős kötést biztosítani

(FIZIOLÓGIÁS shear stress –t sem jól bírja

!)

Mucin-like stalk: 26nm hosszú, eltartja a

CX3C domént a sejttől, hogy az optimális

receptor kötését segítse; hasonlít a

szelektin megfelelő stalk-régójához, amely a

leukocita kitapadásért és erős adhézióért

felelős)

Szolubilis ligand: a CX3CL1 ligand

proteolitikusan lehasadhat a sejtről

(ADAM10/17) (klb méretű fragmensek)

Fractalkine

Fractalkine and CX3CR1 in synaptic plasticity,

neurogenesis and neuroprotection. Schematic

diagram describing several mechanisms of action of

fractalkine (FKN) in modulating neuronal function.

Hippocampal neurons, in particular, express high

levels of FKN and CX3CR1 receptors. Microglia also

possess CX3CR1 and can release several chemicals

that modulate neurotransmission and synaptic

plasticity. First, FKN acting through CX3CR1

modulates AMPA receptor phosphorylation leading to

increased calcium (Ca2+) entry and inhibition of both

excitatory post-synaptic potentials (EPSPs) and long-

term potentiation (LTP). FKN can also increase

inhibitory post-synaptic currents (IPSCs), possibly by

enhancing neuronal responsiveness to GABA-

mediated chloride entry. How FKN enhances IPSCs

remains unknown, but this may be due to FKN

activating CX3CR1 on microglia and causing the

release of adenosine. This, in turn, could activate A3R

receptors on neurons, kick-starting a signalling

cascade which results in modulation of

GABAA receptors to increase their sensitivity to GABA.

Adenosine may also activate A2AR on microglial cells

and induce the release of D-serine which acts as a co-

agonist at the NMDA receptor leading to increased

calcium entry. In this way, FKN may also inhibit LTP

induction and modulate synaptic plasticity. The

adenosine released by microglia has also been

suggested to play a role in neuroprotection by

activating A1R receptor subtypes on neurons. Finally,

FKN may play a role in hippocampal neurogenesis by

inhibiting the release of IL-1β from microglial cell

types. Much of this schematic diagram is speculative

and based on our limited current knowledge of the

interplay between FKN and CX3CR1 in CNS

neurotransmission. There is still much work to be done

to dissect the signalling cascades involved in FKN-

mediated neuromodulation.

plusz még:szolubilis

fraktalkin hatások

A1Rs decrease

glutamate

release and

hyperpolarize

neurons

Mikroglia

• mikroglia eloszlás:

agyterületenként változó de nagyon

egyenletes Jinno 2007

M. Dailey

photo: Alexander Osmand

Jung et al. 2000

Mikroglia

Jung S., Littman DR. et al MCB 2000 20(11):4106-14.

Peripheral nerve transection experiment.

Coronal section through contralateral control and operated (facial nerve nuclei of

axotomized CX3CR11/GFP mouse day 7 after axotomy. NeuN/CX3CR11/GFP

knock in

ramified

amoeboid

resting

activated

Mikroglianyugvó mikroglia

klasszikusan

aktivált

proinflammatorikus

M1

alternatívan

aktivált

antiinflammatorikus

M2

The profiles in different forms of injury and disease that are shown are: a model of excitotoxicity (acute neuronal injury) (Ba), intracerebral

lipopolysaccharide (LPS) challenge, experimental allergic encephalomyelitis (EAE), prion disease, and Wallerian degeneration. It is important to note that

these different states are not fixed or immutable, but can be switched between one state and another by a further stimulus. COX2, cyclooxygenase-2; IL,

interleukin; TGF1, transforming growth factor-1; TNF, tumour-necrosis factor.

A plasticity model proposes that cells of the

phagocyte lineage are sensitive to the

precise nature of the stimulus, its intensity,

the time for which it is present and many

other factors. Therefore, in different

pathological states, activated microglia

might synthesize a range of different

cytokines.

„potentially neurotoxic” „potentially neuroprotective”

Perry 2007

pl. glioma sejtek olyan faktorokat

termelhetnek, melyek az M2 mikroglia

fenotípust támogatják: transforming

growth factor-β (TGFβ), interleukin-4

(IL-4), IL-6 and IL-10

Mikroglia

alternatívan aktivált, M2

Saijo, Glass 2011

nyugvó mikroglia ramified – nyúlványos, nyugvó fenotípus

részben neuronális szignálok (pl CX3C-

chemokine ligand 1 (CX3CL1), CD47,

CD200 and CD22) tartják fent ezt az

állapotot mikro megfelelő receptorain

át

http://ucsf.edu/lm/introductionneuropathology/Response_to_Injury/Mi

croglia.htm

Mikroglia „pattern recognition receptorokat” (PRRs) expresszál: ezek klb. baci és vírus „pathogen-

associated molecular pattern” (PAMPS) mintázatokat ismernek fel. PRR-mediált szignalizáció klb.

anyagok szintéziséhez vezetnek: antimikrobiális peptidek (such as cathelicidin-related antimicrobial

peptide (CRAMP)), cytokines (such as tumour necrosis factor (TNF) and interleukin-1β (IL-1β)),

chemokines (such as CC-chemokine ligand 2 (CCL2)), reactive oxygen species (ROS) and nitric oxide

(NO). MHC II upreguláció is, T sejtek számára antigén-prezentáció. Mikrogliális pro-inflammatorikus

citokineken (pl. IL-12) keresztül T helper 1 (TH1) cells, vagy IL-23, IL-6, IL-1β, TGFb révén TH 17

differenciációt/aktivációt indukál.

Mikroglia klasszikusan aktivált, M1H

ua, W

alz

2006

öröklött

szerzett

Saijo, Glass 2011

Macrophages can

follow different

activation processes

depending on the

microenvironment.

Macrophage (microglia) activation states

Gea-Sorli, Closi. World J Gastrointest Pharmacol Ther. 1(5): 107-111, 2010

↑ MHC-II

↑ CD68

↑ iNOS

↓ Il-12

↓ TNFa

↑Il-10

++APC

Th2 responses

Anti-inflammatory

activity

↓MHC-II

↓ CD68

↓ iNOS

↓ Il-12

↓ TNFa

↑arginase

↑Il-10

-APC

Wound healing

Tissue repair

↑MHC-II

↑B7

↑iNOS

↑Il-1, Il-6

↑Il-12, Il-23

↑TNFa

+APC

Th1 responses

Microbicidal activity

Cytotoxicity, Tissue injury

Arginase: outcompetes iNOS to

downregulate production of

nitric oxide

David, Kroner 2011

Mikro/makrofág lineage

DE !!!

no evidence

ex vivo genomiális

vizsgálatok,

sok klb betegségmodellből

(egér) nem bizonyították

29 klb kezelésből származó

299 humán makrofág

transzkriptom analízise nem

igazolta, hogy az M1 - M2

profilok létezését

túlegyszerűsítés..

modellbe gyömöszölés..

Richard M. Ransohoff

kétféle mozgási aktivitás

sejttest

transzlokációja

nélküli

nyúlványmotilitás

migráció

fejlődés sérülés

ATP hatásra azonnali

nyúlvány-extenzió

(apiráz (ATP to AMP+P) gátolja)

:

P2Y12 rec.

- P2Y12 KO: jelentősen kisebb

nyúlvány-extenzió

- P2Y12 : nyugvó állapotban

expressziója robusztusabb,

aktivációra csökken

(lézió, stoke, ND)

- migráció már 24 órán

belül egyértelmű

- csúcs 3 napnál

- 5-10 um/min

- nem kollektív, irányított

migráció hanem random

walk !! (?)

Mikroglia motilitás

Mikroglia

Mikroglia

Ohsawa, Kohsaka 2011

in vitro

culture

in vitro

culture

in vitro

organotypic

slice

culture