Нейроглия. Глиальные клетки презентация

превышает число нейронов примерно в 10 раз, что составляет около половины объема мозга.

Глиальные клетки впервые описаны и так названы Р. Вирховым в 1859 г., который считал их своеобразной разновидностью соединительной ткани («нервным клеем»), расположенной между нервными клетками и «склеивающей» их между собой.

К. Гольджи отмечал, что глия отличается от обычной соединительной ткани как морфологически, так и химически и, кроме того, имеет иное эмбриональное происхождение.

В отличие от нервных клеток глиальные клетки способны делиться во взрослом организме и часто являются источником опухолей мозга и так называемых «глиальных рубцов» при регенерации пораженной нервной ткани.

По строению и свойствам глиальные клетки беспозвоночных (пиявка) и позвоночных (земноводные, млекопитающие) животных принципиально сходны.

клеткам относят и клетки эпендимы.

Макроглия включает:

- астроциты,
- олигодендроциты,
- Шванновские клетки (аналоги олигодендроцитов в периферических аксонах)
- и клетки радиальной глии.

Клетки микроглии представляют собой популяцию клеток-фагоцитов нервной системы. По строению и свойствам клетки они напоминают макрофаги крови, от которых они предположительно и происходят.

Клетки эпендимы выстилают поверхность желудочков мозга и считаются глиальными, поскольку являются источником глиальных клеток в процессах эмбриогенеза и прижизненного нейрогенеза.

и подразделяются на две группы.

Фиброзные астроциты содержат в цитоплазме много филаментов и локализованы преимущественно среди миелинизированных волокон.





Протоплазматические астроциты содержат меньше фиброзного материала и окружают тела нейронов, их дендриты и синаптические контакты.

и ганглиях вегетативной нервной системы аналогами олигодендроцитов являются Шванновские клетки, которые формируют миелиновую оболочку (My) вокруг крупных аксонов (Ax), характеризующихся высокой скорость проведения нервных импульсов.

75 nm

Шванновские клетки отличаются разным происхождением в эмбриогенезе: первые образуются из клеток-предшественниц, выстилающих мозговую трубку (эпендимы), а вторые - из нервного гребня.

пути (тракты), вдоль которых развивающиеся в процессе нейрогенеза нервные клетки мигрируют к местам своего назначения.

А - на срезе развивающейся затылочной коры плода обезьяны радиальные волокна расположены вдоль путей миграции формирующихся нейронов от вентрикулярной зоны (внизу) к поверхностным слоям (вверху).

Б - клетки коры мигрируют к местам своего назначения с помощью специальных (ведущих) отростков, ориентированных вдоль волокон радиальной глии как своеобразных «направляющих» (проводников).

Клетки 1, 2, 3 – развивающейся нейроны на разных этапах миграции из вентрикулярной зоны в поверхностные слои. Несколько поперечных срезов через «мигрирующие» клетки (а-г) демонстрируют, что они «охватывают» ствол волокна радиальной глии (выглядит серым) всей своей поверхностью на протяжении пути «миграции».

functions for migrating neurons. In early development, radial glia span the thickness of the expanding brain parenchyma. (Inset) Defined layers of the neural tube from the ventricular to the outer surface: VZ, ventricular zone; IZ, intermediate zone; CP, cortical plate; MZ, marginal zone. The radial process of the glial cell is indicated in blue, and a single attached migrating neuron is depicted at the right.

пути (тракты), вдоль которых развивающиеся в процессе нейрогенеза нервные клетки мигрируют к местам своего назначения.

Фрагменты видеосъемки миграции нейрона гиппокампа вдоль волокна радиальной глиальной клетки in vitro.

клетки Бергмана мозжечка (выделены красным).

Зеленые– протоплазматические астроциты.

Синие – фиброзные астроциты.

являются Мюллеровские клетки.

По строению и свойствам они напоминают макрофаги крови, от которых они предположительно и происходят.

Activation of microglial cells in a tissue section from human brain. Resting microglia in normal brain (A). Activated microglia in diseased cerebral cortex (B) have thicker processes and larger cell bodies. In regions of frank pathology (C) microglia transform into phagocytic macrophages, which can also develop from circulating monocytes that enter the brain. Arrow in B indicates rod cell. Sections stained with antibody to ferritin. Scale bar = 40 μm.

to classic concepts astrocytes are recognized as passive and supporting elements in the brain.
Since the discovery of neurotransmitter receptors on astrocytes and the release of transmitters from them, new concepts of neuron–astrocyte interaction as information processing elements have been established.

Before disposal of the released neurotransmitters by specific transporters, they diffuse into the extracellular space and activate neurotransmitters receptors expressed on the astrocytes.

(2) Expression of many kinds of receptors. Astrocytes have been demonstrated to express receptors for neurotransmitters, such as glutamate, noradrenalin, serotonin, GABA and acetylcholine and also for trophic factors. Activation of these receptors induces the increase in [Ca2+]i.

(3) Characteristic Ca2+ increase. The activation of astrocytes through receptors results in an oscillatory increase in [Ca2+]i.

(4) Neurotransmitter release. Activation of astrocytes sometimes causes release of neurotransmitters, such as glutamate and ATP. Released glutamate will activate neuronal cells.
(5) Inhibitory regulation by ATP released from astrocytes has been demonstrated to depress neuronal activities.

consisting of (1) pre-, (2) post-synaptic neurons and (3) astrocytes has been emphasized by the coining of the term “tripartite synapse”.

Information processing between pre- and post-synaptic neurons receives further modulation from astrocytes, which express neurotransmitter receptor and release neurotransmitters.

induced by neurotransmitter propagates intra- and inter-cellularly. The propagation may be promoted by two mechanisms:

(1) One is diffusion of IP3 inside the cell and also through the gap junctions formed between astrocytes.

(2) The other is the response mediated by released ATP and its receptor (purinergic receptor).

junction hemichannel diffuses to adjacent astrocytes and activates their ATP receptors.

Functional molecules for regulating the astrocytes, such as purine receptor and aquaporin-4 are expressed mainly on the endfoot of astrocytes, which makes tight contact with a blood vessel.

Since synaptic activities give and receive information between astrocytes, the size of the blood vessel may also be regulated depending upon the neuronal activities. The structure consisting of astrocyte, blood vessel and neuron will provide dynamic regulation of information processing in the brain. The gap junction hemichannel will participate in the release not only of ATP but also of some other transmitters and of trophic factors.

synaptogenesis during development. Apoprotein E (cholesterol complexed with apolipoprotein E-containing lipoproteins) released from astrocytes has been shown to be a factor facilitating synapse formation.

Direct contact of astrocytes and neuronal cells through integrin receptor induces drastic synaptogenesis, which is mediated by protein kinase C (PKC) activation.

receptor by D-serine

D-Serine is produced from L-serine only inside astrocytes by a specific enzyme, serine racemase. The amino acid is an effective co-activator (binds with glycine site) for NMDA receptor, a key receptor for synaptic plasticity.

Ca2+-permeable AMPA receptors

Ca2+-permeable AMPA-type glutamate receptors (without GluR2 subunit) expressed on the Bergman glia are indispensable for proper structural and functional regulation of the Bergmann glia and glutamatergic synapses.

(4) Ectopic release of glutamate from neuron to astrocyte

The ascending fiber terminal releases glutamate and directly activates Ca2+ permeable AMPA receptor expressed on the Bergman cell.

K+- и Cl--каналы, проводящие токи утечки, а также потенциал-зависимые Na+- и Ca2+-каналы. Долгое время считалось, что, несмотря на наличие потенциал-зависимых каналов, активация мембран глиальных клеток не приводит к генерации ПД. Однако публикации 2008 г. изменили традиционные представления о физиологических свойствах глии.

В мозжечке млекопитающих как у развивающихся, так и взрослых животных идентифицированы (методами гистохимии) и исследованы (методом пэтч-кламп) глиальные клетки, содержащие протеогликан NG2+. В разные годы эти клетки считались предшественниками олигодендроцитов, «полидендроцитами» и «синаптоцитами».

типичными глиальными свойствами без синаптических контактов, без лиганд-зависимых каналов и с минимальными возбуждающими мембранными токами (no INa cells),

(2) с такими же, как и у нейронов синаптическими входами, выраженными глутамат-зависимыми синаптическими токами и существенными потенциал-зависимыми Na+-токами (INa cells).

потенциал-зависимые Na+-токи, обуславливающие генерацию истинных ПД (a). На (b) ответы no INa cells.








Так же как и в нейронах, эти токи демонстрируют зависимость от мембранного потенциала и обратимо блокируются ТТХ (с).

синаптические глутаматные входы от немиелинизированных аксонов в белом веществе, а также возбуждающие и тормозные входы в сером веществе.

NG2+ glia can be induced to fire action potentials by excitatory synaptic input (highlighted by red starbursts) formed by myelinated (top) or unmyelinated (bottom) axons.
The physiological role of NG2+ cell excitability is not yet clear, but, as suggested by the authors, may influence the transition of NG2+ cells into myelinating oligodendrocytes. These NG2+ cells have processes that wrap nodes of Ranvier, and they might therefore be well positioned for a role in optimizing nodal spacing or stability (?).

истинные ПД (a). На (с) отсутствие ПД у no INa cells.








Так же как и в нейронах ПД обратимо блокируются ТТХ (b).

Спонтанные ПД

системы активного транспорта ионов, необходимые для обеспечения возбуждающей функции:

ионные помпы для трансмембранного транспорта Na+, K+ и H+,
а также Na+-зависимый Cl-/HCO3--обменник.


В мембранах астроцитов, олигодендроцитов и Шванновских клеток также представлены

- транспортеры для глутамата и ГАМК
- рецепторы для некоторых медиаторов - glutamate, noradrenalin, serotonin, GABA and acetylcholine and also for trophic factors.

и тормозные синаптические входы от аксонов и генерирующие настоящие ПД участвуют в регуляции проведения возбуждения по аксонам.

NG2+-клетки направляют свои отростки к перехватам Ранвье миелинизированных аксонов. Такие возбудительные посылки увеличивают эффективность проведения возбуждения через перехваты Ранвье.

С одной стороны NG2+-клетки получают синаптические входы от аксонов и тем самым детектируют различные нарушения в прохождении ПД по этим аксонам.


С другой стороны они структурно взаимодействуют с перехватами («окутывают» их).

при взаимодействии с близлежащими олигодендроцитами и аксонами могут укорачивать межперехватные участки, вызывать увеличение диаметра аксона или повышать плотность Na+-каналов в мембране перехватов. Действительно в окончаниях NG2+-клеток, контактирующих с перехватами, присутствует миелин-гликопротеин олигодендроцитов, и у трансгенных мышей, у которых отсутствует ген, кодирующий этот белок, отмечается нарушение роста аксональной мембраны в перехватах.

Такие функциональные особенности NG2+-клеток указывают на их возможную регуляторную роль в ремиелинизации аксонов после различных мозговых нарушений (параличей, апоплексии мозга и травм спинного мозга), приведших к демиелинизации проводящих путей.

et al. (Neuron Glia Biology. 2007. 3: 325-344) revealing that depolarization of oligodendrocytes can decrease the latency of action potentials in axons in the rat hippocampus. Theta burst stimulation of axons depolarized the oligodendrocytes by activating glutamate and potassium channels in the oligodendrocyte. Paired cell recordings between oligodendrocytes (Roligo) and pyramidal neurons (Rpyr) were used to monitor and regulate voltage responses in oligodendrocytes. Action potentials were stimulated by antidromic stimulation (S) for measurements of action potential conduction velocity. Conduction velocity increased in axons myelinated by the oligodendrocyte that was depolarized.

latency through the axons ensheathed by the cell.

A, Axon (triangles) and oligodendrocyte filled with biocytin in paired whole-cell recordings.

B, Depolarization of the oligodendrocyte reduced the spike latency in axons ensheathed by the oligodendrocyte within seconds, and the latency returned to baseline after restoring normal resting potential in the oligodendrocyte. Reprinted from Yamazaki and others (2008), with permission

Деполяризация олигодендроцита улучшает проводимость в аксоне