Az idegsejtek felépítése Az idegsejtek típusai Gliasejtek

Az előadások a következő témára: "Az idegsejtek felépítése Az idegsejtek típusai Gliasejtek"— Előadás másolata:

1 Az idegsejtek felépítése Az idegsejtek típusai Gliasejtek
Nemeskéri Ágnes 2015 Semmelweis Egyetem Budapest Humánmorfológiai és Fejlődésbiológiai Intézet

2 A neuron

3 Ramon y Cajal – „neuron doctrine”
Az idegsejt (neuron) egy ingerületképzésre és ingerületvezetésre specializálódott sejt. - idegszövet meghatározó sejtjei, melyeket gliasejtek vesznek körül. - sejttestből (perikaryon, soma), egy hosszabb nyúlványból (axon) és több rövidebb nyúlványból (dendrit) épül fel - nyúlványok segítségével egy idegsejt több más idegsejttel is kapcsolatban van, egy hálózatot hozva létre. Az idegsejt Ramon y Cajal – „neuron doctrine” anatómiai egység fejlődési egység funkciós egység trophikus egység pathológiai egység jellemző rá a hisztodinámiás polaritás (Cajal) Santiago Ramón y Cajal (1852. május 1. –1934 október 17.)

4 1906 Az orvosi és élettani Nobel-díj kitüntetettjei
↔ Cajal Golgi Apáthy István Kontiguitás elmélete Kontinuitás elmélete

5 Contiguitás vagy continuitás? Válasz:

6 Az idegsejt felépítése
1. Sejttest -nagy variabilitás nagyságban, alakban µm átmérő -sejtmag 2.Nyúlványok -elágazó cytoplazma nyúlványok - a nyúlványok egyike hosszabb, mint a többi: csak 1 axon telodendrion, végfa -rövidebb nyúlványok: dendritek számos

7 Az idegsejt felépítése
Felosztás nyúlványok szerint: -apoláris – fejlődés során -unipoláris ? – retina -pseudounipoláris – ganglion spinale -bipoláris – ganglion spirale –dendritikus pólus – axonális pólus -multipoláris – az idegsejtek többsége multipoláris pseudounipoláris unipoláris pseudounipoláris

8 Perikaryon SEJTTEST - PERIKARYON Citoplazma
-plazmamembránon gátló és serkentő axosomatikus szinapszisok -a nem szinaptikus felszínt nem neuronális idegrendszeri sejtek a gliasejtek nyúlványai fedik Citoplazma -a protein szintézis extrém magas szintje a hosszú nyúlványok (1 m-ig!!), citoplazmatikus membránok fenntartása miatt: strukturális metabolizmus -durvafelszínű endoplazmás retikulum -simafelszínű endoplazmás retikulum -szabad poliriboszómák Szabad poliriboszóma tömörülések a durvafelszínű endoplazmás retikulumhoz kapcsolódva (RNS gazdag struktúra): bazofil festődésű Nissl-féle granulumok (tigroid) -beterjed a dendritekbe, de az axonokba nem -neurofilamentum, neurotubulus: perikaryonban és nyúlványokban -alakmegtartás, ellenállóképeség -neurofilamentum kötegek: neurofibrillum -intermedier filamentum (polipeptid alegységek, filamen – tumok egymáshoz kapcsoltak Pathology prominent deficit of neuronal soma volume in the hippocampus high prevalence of intellectual deficits, epilepsy and the high rate of Sudden Unexpected Death in Epilepsy in autism reduced volume of neuronal soma is a core pathological feature of idiopathic and syndromic autism

9 Microfilamentum, neurofilamentum, neurotubulus
-perikaryonban, dendritekben axonban microfilamentum - 7 nm dupla helix 2 globuláris actinból felépülő szál F-actin neurofilamentum – 10 nm - intermedier filamentum idegsejtekben, nagy mennyiségben az axonokban - a neuron alakjának fenntartása mechanikai ellenállás   - a neuronalis cytoskeleton fő komponense - laza kötegek a nucleus és más sejtorganellumok körül beterjed az axonba dendrit nyúlványokba  - fontos az axonok radialis növekedésében a fejlődés során - az axon átmérő fenntartása neurotubulus – 2-25 nm – szerep az axoplasmás transzportban  -dimerek: α és β tubulin alegységek - tartalmaz microtubule associated proteint (MAPS) astrocyte (glia) neurofilament

10 Mitochondrium distribution: over long distances - distribution to an ever-changing demand for energy delivery of healthy mitochondria to the appropriate regions their retention in areas with a high requirement for their Ca++-buffering capacity and energy production able to move bidirectionally along microtubules tracts with the help of motor proteins and adaptor proteins: Milton and Miro or syntabulin (2) Krebs cycle in the mitochondrial matrix, generating α-ketoglutarate and electron donors (NADH and succinate) (3) Transamination of α-ketoglutarate yields the neurotransmitter glutamate, glutamate can be decarboxylated to yield GABA - another neurotransmitter (4) electron transport chain- electron transfer is coupled with proton extrusion out of the matrix toward the intermembrane space, producing an electrochemical gradient across the inner membrane (about – 200 mV) (5) Protons ultimately return to the matrix through the ATP synthase, using the free energy produced by the electron transfer to drive ATP synthesis (6) calcium homeostasis, and Ca2+ ions can be sequestered in the matrix While the outer mitochondrial membrane is rather permeable to calcium, Ca2+ entry across the inner mitochondrial membrane is mediated by a uniporter, and its extrusion largely relies on a sodium/calcium exchanger.

11 Pathology of mitochondrial defect
neurological disorders characterized by a mitochondrial defect: Alzheimer’s, Huntington’s and Parkinson’s diseases - defects in presynaptic mitochondrial function or mitochondrial transport - display abnormalities in the synaptic vesicle cycle - a defect in mitochondrial calcium handling capacity and/or bioenergetics would predispose dopaminergic neurons to damage

12 Sejtorganellumok Nucleus -nagy, kerek és euchromatikus (aktív állapot)
-finoman eloszlott kromatin granulumok (DNS + protein) -1 v. 2 prominens nucleolus -tömör granulált és laza filamentózus (RNS+protein) -maghártya pórusok Golgi komplex -az axoneredéssel ellenkező póluson a mag mellett -protein processing és sorting meghatározott irányokban -az ER-ben szintetizált proteinek glikolizálása, foszforilálása Live neurons stained with the calcium indicator (green) and the mitochondrial indicator (red) Dr. Mika Jekabsons Lizoszóma -~50 fajta savanyú hydroláz enzim -eszterázok, proteázok -intracelluláris emésztés -lipofuscin granulumok: -a sérült mitokondriumok inkomplett oxidatív degradációja Alfa-synuclein (zöld), lizoszóma (piros)- belép a lizoszómába: narancsszín

13 Dendrites = neuronok antennái
Dendritek -általában rövidek gazdagon elágazóak -plaszticitás: a synaptikus aktivitás szerint növekedhet a dendritfa, vagy összehúzódhat -azonos funkciójú neuronok: azonos térbeli orientációjú dendritfa -az afferens impulzus (serkentő v. gátló) felvétele axodendritikus kapcsolatokon át -más neuronok végződése gyakran a dendrit kidomborodó felszínén (dendritic spine) található -neuronvégződés lehet sima dendritikus felszínen is TANULÁS – dendrit tüskék száma és mérete nő!!!!!! -a dendritek tartalmaznak: -riboszóma, simafelszínű endoplazmás retikulum, mikrotubulus, neurofilamentum, aktin filamentum, mitokondrium dendritikus –mikrotubulusok (MT) mikrotubulus asszociált proteint (MAP-2) expresszió szerep a microtubulusok felépülésében, neurogenesis. MAP2 stabilizálja a microtubulus növekedést keresztkötéseket hozva létre az intermedier filamentumokkal és más mikrotubulusokkal

14 Axon Ranvier-féle csomó Axon (neurit)
Axon hillock Axon (neurit) -az axon eredése specializált régió: axon hillock (axon domb) – nem tartalmaz riboszómát -a idegimpulzus keletkezésének helye -az iniciális segmentet nem veszi körül myelin hüvely -leadhat axon kollaterálist -axon vég elágazódik (telodendrion, végfácska) kiszélesedő végtalpak: terminálist képez – kapcsolat másik axonnal, dendrittel, szómával -az axont borító myelinhüvely szakaszos, 2 hüvely rész között a myelinmentes axolemma behúzódott: Ranvier-féle csomó – akciós potenciál keletkezési helyei az axon mentén – nagyszámú Na- csatorna – paranodal regio K-csatorna jellemző -az internodális szakaszon kevés Na-csatorna -a myelinhüvely-nélküli axonokban a Na-csatorna eloszlása egyenletesebb -axon tartalamaz: -mikrotubulus, neurofilamentum, mitokondrium, vezikulumok,lizoszóma -nem tartalmaz riboszómát

15 Axonalis transport Axonális mikrotubulusok – vándorlási útvonal + motor proteinek -mikrotubulus belső polaritás: a gyorsan növő vég az axon terminális felé -organellumok és a cytoplazma folyamatos mozgásban van - bidirekcionális vándorlása Lassú anterográd axonális transport (mechanizmus nem ismert) -axoplazma vándorlása csak anterográd irányban: - citoszkeletális proteinek, mm/nap (clathrin complex, microfil. microtub) Gyors anterográd axonális transzport -vezikuláris transzport: 400 mm/nap retrográd, 40 mm/nap anterográd irányban -mikrotubulus-függő - 2 motor protein ATP-áz aktivitással -kinesin-protein család – a gyors transzport anterográd irányban -transzmittert tartalmazó szinaptikus vezikulumok Gyors retrográd axonális transzport -dynein felelős a retrográd transzportért -mitokondriumok, endoszómák, lizoszómák, vírusok (herpes zoster, poliovírus, rabies) Axonal transport （軸索輸送）

16 Neuronális kommunikáció Szinapsis
Kémiai szinapszis -többségük kémiai szinapszis Animáció -preszinaptikus transzmitter release -megváltoztatja a posztszinaptikus membrán elektromos állapotát: -hiperpolarizáció v. depolarizáció Preszinaptikus plazma membrán – aktív zóna – proteinek: „ cytomatrix at the active zone (CAZ)”. EM - electron dense area közel a membránhoz. Proteinek a CAZ-ban kipányvázzák a szinaptikus vesiculumokat a preszinaptikus membránhoz és mediálják vesiculum fúzióját - neurotransmitter release amikor az akciós potenciál érkezik Elektromos szinapszis – gap junction

17 GLIA

18 G protein-kapcsolt receptorokat (GPCR)
Glia sejt – a neuronok kémiai és fizikai szigetelése - biztosítandó a neuronális funkciók végrehajtását az agyállomány fele „csendes” GLIA SEJTEK CSOPORTOSÍTÁSA Centrális idegrendszer Perifériás idegrendszer Macroglia astrocyta (protoplasmás, rostos, radiális) Schwann-sejt satellita sejt Microglia mesoglia oligodendrocyta 1997 -gliasejtek az agyban, a gerincvelőben, a periférián ganglionokban expresszálnak G protein-kapcsolt receptorokat (GPCR) amelyek kapcsolatban állnak különböző intracelluláris signaling cascaddal -ezt csak neuronokra tartották jellemzőnek -stimulációra nő az intracelluláris Ca++ - ingerületi folyamat! -kérdés: mi a szerepe a GPCR által közvetített jelnek????? Ependyma Specialis glia Müller sejt Fananas tollas glia tanycyta

19 GLIA SEJTEK CSOPORTOSÍTÁSA 2013
1. Schwann sejtek és oligodendroglia sejtek -myelinhüvelyt alkotnak a periférián és központi idegrendszerben 2. Microglia -az idegrendszer immunsejtje, gyulladásos folyamatokban reaktív 3. nerve/glial antigen 2 (NG2) pozitív glia -oligodendroglia és astrocyta prekurzor sejtek (stem cell) -a felnőtt agyban is létezik 4. Astrocyták -sejtszám, sejttömeg, sejtfelszín alapján domináló gliasejt típus -számtalan alcsoport létezik a morfológiai és biokémiai jellegek szerint -Bergmann glia a cerebellumban, Müller glia a retinában -egy régióban azonos morfológiájú, immuncitokémiai azonosságú astrocyták különbséget mutathatnak GPCR expressziójában és válaszukban e receptorok aktiválására -nagyfokú diverzitás nem csak a neuronokra jellemző!

20 Astrocyta Protoplazmás astrocyta Rostos astrocyta
-leggyakoribb astrocyta, alakja bokorhoz hasonlít -egyedi astrocyták nem mutatnak átfedést, interdigitálnak -saját és más astrocyta nyúlványok réskapcsolatot létesítenek (gap junctions) -réskapcsolaton átjutó festéket juttatva egy astrocytába – gyorsan több száz astrocyta festődik meg -syntitiumként viselkedik -egyetlen astrocyta nyúlványai szinapszist burkolhatnak be - a cerebrovaszkuláris felszín 99%-át astrocyta nyúlványok burkolják be Astrocyta Rostos astrocyta -főleg a fehérállományban -intermedier filamentum (10nm) GFAP -agyfelszínen végtalpak: membrana limitans gliae superficialis és membrana limitans gliae perivascularis VÉR-AGY GÁT (nézet változik!) Hippocampus - pyramis sejtek Astrocyta-nyúlványok beborítják a szinapszisokat Protplazmás astrocyták

21 Astrocyta G protein-kapcsolt receptorok (GPCR)
-neurotranszmitterek aktiválják stimulációra nő az intracelluláris Ca++ ATP release GPCR-mediált Ca ++-függő neuroaktív anyagok release az astrocytából: gliotransmitter (?) Szinapszis „tripartite synapse”

22 Glia – mikroglia - mesoglia
Microglia -kis sejtek, kisebb nyúlványrendszer – kevésszámú főnyúlvány -hosszúkás mag -csontvelői eredet – mononucleáris fagocitarendszer -reaktív microgliasejtek fagocitálnak

23 Oligodendroglia Oligodendroglia -kis kerek sejtek -kevés vékony nyúlvány, amelyek másodlagosan tovább oszlanak -nyúlványvég kiszélesedik, felcsavarodik a neurit körül - myelinhüvely „Myelination is an important component of intelligence „- Neuroscientist Vincent J. Schmithorst found: „that there is a correlation with white matter and intelligence”

24 Ependyma a velőcső üregéből kialakuló
a canalis centralis és agykamrák falát bélelő polarizált köb-, hengerhámsejtek - kinociliumok, mikrovillusok - multiciliált – monociliált – cilium nélküli ependyma sejtek - ventriculus-brain parenchyma határfelület - barrier DE: a sok ciliumú ependyma részlegesen átjárható - luminalis felszín: glycocalix - ős-sejt rezervoár??????? Ependyma funkciói - ????? - liquor cerebrospinalis termelése – plexus choroideus –ion transzport - - víz transzport – apikális felszínen aquaporin protein veszi körbe a pórust - víz az erekből a ventriculusba CSF - ion transzport – bicarbonát transzport - liquor keringés – ciliumok koordinált mozgása – ependyma sejtek között rés-kapcsolatok: connexin 43 - immunologiai barrier – aktivált ependyma szekretál anyagokat melyek támogatják a leukocyta transzmigrációt Liquor cerebrospinalis - összetétele hasonló a vér plazmáéhoz, kivéve, hogy lényegesen kevesebb fehérjét tartalmaz - szekréció

25 A neuroglia funkcionális jelentősége
„From passive glue to excitable cells…” Szilárdítás, támasztás, neuroncsoportok elkülönítése Trofikus szerep Elektromos szigetelés Extracelluláris tér összetételének biztosítása Transmitter raktározás Degenerált neuronok eltávolítása, térkitöltés Idegsejtmigráció irányítása az ontogenezis során (radiálglia váz) Idegszövet kémiai védelme (vér-agy gát) Az astrocyták aktív résztvevők az agy információ feldolgozó folyamataiban (?)

26 Pathológia Microglia Reaktív microglia sejtek
Creuztfeldt Jakob betegség HIV-fertőzés – microglia csomó Reaktív microglia sejtek

27 Felhasznált irodalom

28 Az idegsejt = neuron Összefüggő folytonos hálózat? Camillo Golgi
1843 július 7 – január 21. Az individuális idegsejtek megfigyelésére Cajal Camillo Golgi technikáját alkalmazta. Golgi-festés: az agyszövet metszeteket ezüst nitráttal kezelve, a neuronoknak csak egy kis százaléka festődik meg. Így egy neuron teljes nyúlványrendszere megfigyelhető a szomszédos idegsejtek átfedése nélkül Ezüstchromát particulumok a neurilemmához (a neuron sejtmembránjához) kötődnek az ezüstnitrát és a káliumdichromát rekaciójakor. Fekete rekciótermék kirajzolja a perikaryont, axont és a dendriteket. Cajal illusztrációja galamb cerebellum idegsejtjeiről.