1.
Кто первым описал клетки глии и, что понимал под термином "нейроглия" Рудольф Вирхов?
Рудольф Вирхов ввел понятие нейроглии как истинной соединительной ткани мозга, не уделяя особого внимания ее клеточной природе (Virchow R., 2022). Он называл нейроглию "Zwischenmasse" или промежуточной тканью, в «которую встроены элементы нервной системы». Однако первое описание "нервной клетки", которая впоследствии была классифицирована как "глия", было сделано несколько раньше до Вирхова. Это была радиально-подобная глиальная клетка сетчатки описанная Генрихом Мюллером (Müller, H., 1851). Впоследствии эти клетки были охарактеризованы в мельчайших подробностях Максом Шульце (Schultze, M., 1859), а в 1857 году Карл Бергман открыл радиально-подобные глиальные клетки мозжечка, сегодня известные как глиальные клетки Бергмана (Bergmann, C., 1857). Паренхиматозная глия привлекла большое внимание биологов и врачей XIX века ( были опубликованы многочисленные подробные описания этих клеток под различными названиями). Так, паренхиматозная нейроглия была названа "Bindesubstanzzelle" (клетки связующего вещества или соединительные клетки) Отто Дайтерсом (Deiters, O., 1865) или "Fasernetz sternförmiger Zellen" (звездчатые клетки волоконной сети) Леопольдом Бессером (Besser, L., 1866). Карл Фромманн был первым, кто ввел коннотацию "клея", назвав глию Leim erfüllten Interstitien ("заполненный клеем интерстиций") (Frommann, C. F. W., 1864).
Как представлял себе Камилло Гольджи снатомию нейроглии и ее связь с нейронами?
Камилло Гольджи (который всегда использовал термин "нейроглия" ) был первым, кто продемонстрировал, что глия представляет собой клеточную популяцию, отличную от нервных клеток, однако, он полагал, что глиальные клетки и нейроны могут трансформироваться друг в друга. Он идентифицировал глию как круглые клетки с многочисленными тонкими отростками, простирающимися во всех направлениях; многие из этих отростков направлены к кровеносным сосудам (Golgi, C., 1870). Используя технику окрашивания хроматом серебра ( reazione nera ), Гольджи описал замечательное разнообразие глиальных клеток в мозге, сообщил о глиальных сетях и идентифицировал глиальные концевые ножки, покрывающие кровеносные сосуды. Гольджи, например, рассматривал глию как распределителей питательных веществ, в то время, как Эрнесто Лугаро предполагал, что тонкие глиальные отростки проникают в синапсы и метаболизируют нейроактивные вещества (Lugaro, E., 1907).
Кто из биологов первым ввел термин "астроцит"?
Термин "астроцит" (αστρον κψτοσ; astron, звезда и kytos, полый сосуд, позднее клетка , т. е. звездообразная клетка) был введен Михаэлем фон Ленхоссеком в 1895 году, предложившим называть всю паренхиматозную глию спонгиоцитами, а астроциты считать ее подтипом (Lenhossék, M., 1893). Альберт фон Кёлликер и Уильям Ллойд Андризен различали серое и белое вещество глии; Андризен назвал глиальные клетки в сером веществе протоплазматическими, а клетки в белом веществе фиброзными. Он считал, что эти два типа клеток имеют разный онтогенез, протоплазматические клетки - мезобластическое происхождение, а фиброзные клетки — эктодермальные. Андриезен отметил сложность протоплазматических клеток и процессов, указывая на то, что они имеют «лохматый зернистый контур, как будто "тонкий мох составлял протоплазматические процессы» (Andriezen, W. L. , 1893).
Какой метод исследования позволил выделить в астроцитах глиальный фибриллярный белок?
Термин "астроциты" для обозначения паренхиматозной нейроглии был популяризирован Сантьяго Рамоном-и-Кахалем, который разработал специфичную для астроглии технику окрашивания золотом и хлоридом ртути-сулематом, что позволило отметить глиальный фибриллярный кислый белок (GFAP); это окрашивание помогло Кахалю подтвердить происхождение астроцитов из радиальной глии (y Cajal, S. R. , 1913). Рамон-и-Кахаль считал, что ретракция астроглиальных отростков обеспечивает поток информации во время бодрствования, тогда как расширение астроглиальных отростков останавливает межнейронную связь, тем самым вызывая сон. Кахаль также предположил центральную роль астроцитов в контроле сосудистой сети мозга и опосредовании функциональной гиперемии: сокращение/расслабление астроглиальных периваскулярных процессов может увеличивать или уменьшать диаметр мозговых капилляров, тем самым регулируя кровоток. Фернандо Де Кастро, ученик Кахала, предположил, что нейроглиальные клетки могут выделять нейроактивные вещества и напрямую участвовать в нейронной передаче (De Castro, F., 1951). По настоящему, GFAP был открыт в начале 70-х годов прошлого века (Eng, L., et.al., 1971); его исключительная экспрессия в астроцитах с тех пор была хорошо документирована. GFAP, из которых астроциты экспрессируют 10 различных изоформ, принадлежит к расширенному семейству промежуточных филаментов и вместе с виментином, нестином и, иногда, синемином, образует астроглиальный цитоскелет (Pekny, T., et.al., 2014). Самая большая субпопуляция GFAP-положительных астроцитов присутствует в ювенильном гиппокампе, при этом ~80% (или даже больше) всех клеток мечены соответствующими антителами; аналогично все глиальные клетки Бергмана в мозжечке иммунореактивны к GFAP (Nolte, C., et.al., 2001). В то же время большинство астроцитов в других регионах здорового мозга не окрашиваются антителами к GFAP (Walz, W., & Lang, M. K.,1998). GFAP не выявляет ни периферических и перисинаптических процессов, ни концевых отростков, покрывающих мелкие (<8 мкм) кровеносные сосуды.
Кто из биологов доказал возможность астроглиальной секреции?
Астроглиальная секреция была показана в начале ХХ-го века. В 1909 году Ганс Хельд наблюдал, используя окраску молибденовым гематоксилином, зернистые включения в нейроглиальных отростках, которые он интерпретировал как признак активной секреции (Held, H., 1909). Чуть позже Жан Нажотт визуализировал секреторные гранулы в паренхиматозной глии серого вещества. Эти секреторные гранулы (также известные как глиосомы) часто описывались впоследствии, и астроциты сталиассоциировать с их эндокринной ролью, поскольку они секретируют вещества из концевых ножек в кровь (Penfield, W., 1932). Астроглиальный секретом содержит ~180 белков, которые способствуют регуляции развития центральной нервной системы и гомеостаза, синаптогенеза и когнитивной функции.
Когда и с помощью каких методов начались полноценные физиологические исследования нейроглии?
Физиологическое исследование нейроглии началось в конце 50-х годов прошлого века, когда эти клетки были исследованы с помощью электрофизиологических и радиоактивных методов, примененных к препаратам in situ и in vivo позвоночных и млекопитающих, и появились первые данные о динамических взаимодействиях между нейронами и глией. В конце 80-х годов ХХ века Жан де Виллис создал очищенные культуры нейроглиальных клеток, что позволило проводить прямое исследование физиологии астроцитов на уровне отдельных клеток (Morrison, R. S., & De Vellis, J., 1981).
2.
Что представляют собой астроциты в плане своего происхождения и какие функции они реализуют?
Современные нейробиологи считают, что "астроглия" - это класс нервных клеток (также известных как "астроциты") эктодермального, нейроэпителиального происхождения, которые поддерживают гомеостаз и обеспечивают защиту центральной нервной системы. Астроциты тесно интегрированы в нейронные сети и функционируют в контексте нервной ткани; они контролируют гомеостаз центральной нервной системы на всех уровнях организации от молекулярного до целого органа. Класс астроглии охватывает множество клеточных субпопуляций с радикально отличной морфологией и функцией; следовательно, вопрос классификации и определения астроцитов в соответствии со структурой и функцией всегда был предметом споров. Нервные клетки, основной функцией которых является миелинизация, относятся к олигодендроглии (включая зрелые олигодендроциты и их предшественников, также известных как NG2-глия), в то время как микроглия четко отличается по своему миелоидному происхождению. Возможный вклад астроцитов в обработку информации остается спорным вопросом. Была выдвинута гипотеза, что астроциты представляют собой наименьшую вычислительную единицу мозга, микрочип, для интеграции синаптического входа. Астроциты демонстрируют морфологическую гетерогенность, сравнимую с гетерогенностью нейронов; поэтому детальное картирование экспрессии генов и функциональных особенностей астроцитов в разных частях мозга имеет первостепенное значение.
С помощью каких механизмов астроциты поддерживают молекулярный гомеостаз центральной нернвой системы?
Астроциты поддерживают молекулярный гомеостаз центральной нервной системы через эмбриональный нейрогенез (который происходит из радиальной глии) и взрослый нейрогенез (который включает стволовые астроциты нейрогенных ниш). Астроциты регулируют метаболический гомеостаз посредством синтеза гликогена и снабжения нейронов энергетическими субстратами.
Что представляет из себя S100B и какие функции он реализует?
Гликопротеин S100B является одним из 24 белков S100, связывающих Ca2+ , которые экспрессируются только у позвоночных и действуют как буферы Ca2+ , а также как преобразователи (сенсоры Ca2+ ) для внутриклеточной сигнализации Ca2+ (Donato, R., et.al., 2013). Имеются доказательства того, что в астроцитах S100B также может способствовать формированию сигналов Ca2+ . S100B также связан с регуляцией сборки промежуточных филаментов путем ингибирования полимеризации GFAP в присутствии микромолярного Ca2+ (Bianchi, R., et.al., 1994). Астроциты продуцируют и секретируют S100B, который оказывает (в зависимости от концентрации) либо нейротрофическое/нейропротекторное, либо нейротоксическое действие, стимулирует пролиферацию астроглии и способствует (в более высоких концентрациях) ее реактивности и положительно регулирует активацию микроглии (Villarreal, A.,et.al., 2014). Также есть некоторые указания на то, что S100B действует как регулятор синаптической пластичности и долговременной потенциации. В целом, S100B участвует в межклеточной сигнализации и может действовать как внеклеточный мессенджер. При патологических состояниях экспрессия S100B существенно изменяется, и повышенные уровни этого белка в сыворотке и спинномозговой жидкости могут иметь определенную диагностическую значимость. Из-за высокого уровня экспрессии S100B повсеместно используется в качестве маркера астроцитов, как в физиологии, так и в патологии; астроглиотическая реакция связана с повышением регуляции S100B. Однако клеточная специфичность S100B существенно ниже, чем у GFAP. В центральной нервной системе он экспрессируется не только в астроглии, но и в олигодендроцитах, эпендимальных клетках, эпителии сосудистых сплетений, эндотелиальных клетках сосудов, лимфоцитах и некоторых нейронах , в частности в нейронах ствола мозга, мозжечка, переднего мозга и лимбической системы (Rickmann, M., & Wolff, J. R., 1995).
Какие транспортеры глутамата экспрессируются в астроцитах?
Астроглиальные транспортеры глутамата EAAT-1 (GLAST) и EAAT2 (GLT-1) экспрессируются почти исключительно в астроцитах. Глутаминсинтетаза (GS) окрашивает практически все типы астроцитов и является цитозольным ферментом ( окрашивание соответствующими антителами выявляет весь объем цитоплазмы, включая тонкие перисинаптические процессы). Есть некоторые указания на то, что GS в астроцитах in vitro может быть связан с везикулярными структурами (Norenberg, M. D., & Martinez-Hernandez, A., 1979). Метаботропные рецепторы ГАМКВ широко распространены в астроцитах, и их активация в первую очередь приводит к высвобождению Ca 2+ эндоплазматического ретикулума (Nilsson, M.,et.al., 1993). Астроглиальная экспрессия дофаминовых рецепторов была обнаружена с помощью авторадиографии в полосатом теле. Астроциты экспрессируют рецепторы гистамина H1, H2 и H3, которые были идентифицированы с помощью связывания, экспрессии и функциональных анализов.
3.
Как можно себе представить эволюционное возникновение глии?
Эволюционное возникновение глии , скорее всего, началось с перехода от диффузной нервной системы к централизованной нервной системе, когда появились первые нейронные ганглии. Диффузная нервная система (которая произошла из эктодермы) состоит из мультиполярных и униполярных нейронов. Они объединены химическими синапсами в несколько полунезависимых сетей. Однако, нет никаких убедительных доказательств того, что эти сети содержат какой-либо тип поддерживающих или ассоциированных клеток. Обнаружение глии в филогенетически более низких таксонах не является тривиальной задачей, в первую очередь из-за отсутствия каких-либо специфических маркеров; скорее, для идентификации типа клеток используются морфологические критерии. Вероятно, основным критерием здесь является тесная связь с нейронами и покрытие нейронных структур, т. е. признак, который является фундаментальным для глиальных клеток. Несмотря на поразительное сходство функций глии у беспозвоночных и позвоночных, вполне вероятно, что нейроглия появлялась в филогенезе несколько раз и каждый раз развивалась по-разному, используя разрозненные генетические ассоциации (Verkhratsky A., Nedergaard M., 2018).
Как астроциты взаимодействуют с нейронами , микроглией и сосудами мозга?
Астроциты крайне неоднородны по форме и функциям и демонстрируют замечательную адаптивную пластичность, которая определяет функциональное поддержание головного мозга в процессе развития и старения.Эти клетки мозга транспортируют основные ионы и протоны, удаляют и катаболизируют нейротрансмиттеры и высвобождают предшественники нейротрансмиттеров и тех веществ, которые поглощают активные формы кислорода. Они определяют цитоархитектуру серого вещества, выстилая его и образуя контакты с сосудистой сетью посредством сосудистых окончаний и глиальных листков на всех поверхностях мозга. Сосудистые окончания, которые покрывают всю сосудистую сеть, выделяют вазоактивные вещества, тем самым способствуя функциональной гиперемии. Астроциты под видом глиальных пределов образуют пиальную оболочку мозга, контролируют гематоэнцефалический барьер и действуют как хемосенсоры, тем самым способствуя системному гомеостазу (регуляция энергетического баланса, pH крови и концентрации Na+ ). Наконец, посредством нарастающего реактивного ответа астроциты (вместе с микроглией) представляют собой основную защитную систему центральной нервной системы (Verkhratsky A., Nedergaard M., 2018). Можно предполагать, что астроциты как на высококонкурентные поддерживающие клетки, подстраивают свою форму и функцию под требования прогрессивно изменяющейся нервной ткани. В этом контексте центральная нервная система развивалась путем разделения функций между типами клеток: нейроны стали в основном отвечать за быстрое распространение сигналов, связанных с потенциалом действия и химическими синапсами, тогда как нейроглия взяла на себя ответственность за гомеостаз и защиту.
Выводы
Астроциты являются клетками эктодермального, нейроэпителиального происхождения, они поддерживают гомеостаз и вместе с микроглией обеспечивают защиту центральной нервной системы
Астроциты регулируют метаболический гомеостаз как мозга, так и всего организма
Астроциты определяют цитоархитектуру серого вещества, образуют контакты с сосудистой сетью посредством сосудистых окончаний и глиальных листков на всех поверхностях мозга
Литература
Andriezen, W. L. (1893). The neuroglia elements in the human brain. British medical journal, 2(1700), 227.
Bergmann, C. (1857). Notiz Uber einige Structurverhaltnisse des Cerebellum und Ruckenmarks. Z Rationelle Med, 8, 360-363.
Besser, L. (1866). Zur Histogenese der nervösen Elementartheile in den Centralorganen des neugebornen Menschen. Archiv für pathologische Anatomie und Physiologie und für klinische Medicin, 36(3), 305-334.
Bianchi, R., Verzini, M., Garbuglia, M., Giambanco, I., & Donato, R. (1994). Mechanism of S100 protein-dependent inhibition of glial fibrillary acidic protein (GFAP) polymerization. Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Molecular Cell Research, 1223(3), 354-360.
De Castro, F. (1951). The anatomical aspects of the ganglionic synaptic transmission in mammals. Archives internationales de physiologie, 59(4), 479-525.
Deiters, O. (1865). Untersuchungen über Gehirn und Rückenmark des Menschen und der Säugethiere. F. Veiweg.
Donato, R., R cannon, B., Sorci, G., Riuzzi, F., Hsu, K., J Weber, D., & L Geczy, C. (2013). Functions of S100 proteins. Current molecular medicine, 13(1), 24-57.
Eng, L., Vanderhaeghen, J. J., Bignami, A., & Gerstl, B. (1971). An acidic protein isolated from fibrous astrocytes. Brain research, 28(2), 351-354.
Frommann, C. F. W. (1864). Untersuchungen über die normale und pathologische Anatomie des Rückenmarks. F. Frommann.
Golgi, C. (1870). Sulla sostanza connettiva del cervello (nevroglia). Rendiconti del R Instituto Lombardo di Scienze e Lettere, 3, 275-277.
y Cajal, S. R. (1913). Un nuevo proceder para la impregnación de la neuroglía.
Held, H. (1909). Ueber die Neuroglia marginalis der menschlichen Grosshirnrinde. pp. 360–374. European Neurology, 26(Suppl. 1), 360-374.
Lenhossék, M. (1893). Der feinere Bau des Nervensystems im Lichte neuester Forschungen. Fischer.
Lugaro, E. (1907). Sulle funzioni della nevroglia. Riv Pat Nerv Ment, 12, 225-233.
Morrison, R. S., & De Vellis, J. (1981). Growth of purified astrocytes in a chemically defined medium. Proceedings of the National Academy of Sciences, 78(11), 7205-7209.
Müller, H. (1851). Zur histologie der netzhaut. Z Wiss Zool, 3, 234-237.
Nilsson, M., Eriksson, P. S., Rönnbäck, L., & Hansson, E. (1993). GABA induces Ca2+ transients in astrocytes. Neuroscience, 54(3), 605-614.
Nolte, C., Matyash, M., Pivneva, T., Schipke, C. G., Ohlemeyer, C., Hanisch, U. K., ... & Kettenmann, H. (2001). GFAP promoter‐controlled EGFP‐expressing transgenic mice: a tool to visualize astrocytes and astrogliosis in living brain tissue. Glia, 33(1), 72-86.
Norenberg, M. D., & Martinez-Hernandez, A. (1979). Fine structural localization of glutamine synthetase in astrocytes of rat brain. Brain research, 161(2), 303-310.
Pekny, T., Faiz, M., Wilhelmsson, U., Curtis, M. A., Matej, R., Skalli, O., & Pekny, M. (2014). Synemin is expressed in reactive astrocytes and Rosenthal fibers in Alexander disease. Apmis, 122(1), 76-80.
Penfield, W. (1932). Cytology & cellular pathology of the nervous system. (No Title).
Rickmann, M., & Wolff, J. R. (1995). S100 protein expression in subpopulations of neurons of rat brain. Neuroscience, 67(4), 977-991.
Schultze, M. (1859). Observationes de retinae structura penitiori. Apud Adolphum Marcum.
Walz, W., & Lang, M. K. (1998). Immunocytochemical evidence for a distinct GFAP-negative subpopulation of astrocytes in the adult rat hippocampus. Neuroscience letters, 257(3), 127-130.
Verkhratsky A., Nedergaard M. Physiology of Astroglia. Physiol Rev. 2018 Jan 1; 98(1): 239–389.
Villarreal, A., Seoane, R., González Torres, A., Rosciszewski, G., Angelo, M. F., Rossi, A., ... & Ramos, A. J. (2014). S100B protein activates a RAGE‐dependent autocrine loop in astrocytes: Implications for its role in the propagation of reactive gliosis. Journal of neurochemistry, 131(2), 190-205.
Virchow, Rudolf. Gesammelte abhandlungen zur wissenschaftlichen medicin. BoD–Books on Demand, 2022.
Добавить комментарий