Subgranular vyöhyke - Subgranular zone

Subgranulaarinen vyöhyke (rotan aivoissa). (A) Alueet pykäläpoimut: hilus, subgranular alue (SGZ), rae solujen kerros (GCL), ja molekyyli- kerroksen (ML). Solut värjättiin dupleksikortiinille (DCX), proteiinille, jota ekspressoivat hermosolujen esiastesolut ja kypsymättömät hermosolut. (B) Lähikuva subrakulaarisesta alueesta, joka sijaitsee hiluksen ja GCL: n välillä. Charlotte A.Oomenin et ai., 2009 julkaisusta.

Subgranular alue ( SGZ ) on aivojen alue hippokampuksessa , jossa aikuinen neurogenesis tapahtuu. Toinen suuri sivusto aikuisten neurogenesis on subventrikulaarisella vyöhyke (SVZ) aivoissa.

Rakenne

Subgranular vyöhyke on kapea kerros solujen välissä raesolusta kerros ja hilus ja pykäläpoimun . Tälle kerrokselle on ominaista useita solutyyppejä, joista merkittävin on hermosolusolut (NSC) eri kehitysvaiheissa. NSC: iden lisäksi on kuitenkin myös astrosyyttejä , endoteelisoluja , verisuonia ja muita komponentteja, jotka muodostavat mikroympäristön, joka tukee NSC: itä ja säätelee niiden lisääntymistä, siirtymistä ja erilaistumista. Tämän monimutkaisen mikroympäristön löytäminen ja sen ratkaiseva rooli NSC-kehityksessä on saanut jotkut nimeämään sen neurogeeniseksi "kapealle" . Sitä kutsutaan myös usein verisuoniksi tai angiogeeniseksi kapealle SGZ: n verisuonten merkityksen ja läpäisevyyden vuoksi.

Neuraaliset kantasolut ja neuronit

Neurogeenisen markkinarakon rakenne ja piirteet. Mukautettu Ilias Kazanisin et ai., 2008 -lehdestä.

Aivojen käsittää monia erilaisia neuroneja , mutta SGZ tuottaa vain yksi tyyppi: jyvässoluissa -THE ensisijainen eksitatorisen neuronien on pykäläpoimussa (DG) -, joiden uskotaan edistävän kognitiivisia toimintoja, kuten muistia ja oppimista . Etenemistä hermosolusolusta rakeissoluksi SGZ: ssä voidaan kuvata jäljittämällä seuraava solutyypin linja:

  1. Radiaaliset gliasolut . Radiaaliset gliasolut ovat astrosyyttien alaryhmä, joiden ajatellaan tyypillisesti olevan ei-hermosolujen tukisoluja. SGZ: n radiaalisilla gliasoluilla on solukappaleita, jotka sijaitsevat SGZ: ssä, ja pystysuorissa (tai radiaalisissa) prosesseissa, jotka ulottuvat DG: n molekyylikerrokseen. Nämä prosessit toimivat telineenä, johon uudet muodostuneet neuronit voivat siirtyä lyhyen matkan päässä SGZ: stä rakeissolukerrokseen. Säteittäinen glia ovat astrosyyttien niiden morfologia, niiden ilmentymistä glial markkereita , kuten GFAP , ja niiden toiminta säätelyssä NSC mikroympäristön. Toisin kuin useimmat astrosyytit, ne toimivat kuitenkin myös neurogeenisina progenitorina; itse asiassa niitä pidetään laajalti hermosolujen kantasoluina, jotka aiheuttavat seuraavia hermosolujen esiastesoluja. Tutkimukset ovat osoittaneet, että SGZ: n radiaalinen glia ilmentää nestiiniä ja Sox2: ta , hermosolusoluihin liittyviä biomarkkereita, ja että eristetty radiaalinen glia voi tuottaa uusia hermosoluja in vitro . Radiaaliset gliasolut jakautuvat usein epäsymmetrisesti , jolloin muodostuu yksi uusi kantasolu ja yksi hermosolujen esiastesolu jakautumista kohden. Siten heillä on kyky itsensä uudistumiseen, mikä antaa heille mahdollisuuden ylläpitää kantasolupopulaatiota ja tuottaa samanaikaisesti seuraavat hermosolujen esiasteet, jotka tunnetaan väliaikaisesti monistavina soluina.
  2. Vahvistuvat ohimenevästi esisolut . Väliaikaisesti monistuvat (tai läpikulkua vahvistavat) esisolut ovat voimakkaasti lisääntyviä soluja, jotka usein jakautuvat ja lisääntyvät mitoosin kautta , "monistaen" siten käytettävissä olevien prekursorisolujen joukon. Ne edustavat siirtymävaiheen alkua NSC: n kehityksessä, jossa NSC: t alkavat menettää glialominaisuuksiaan ja ottaa lisää hermosolujen piirteitä. Esimerkiksi, soluja tähän luokkaan voi aluksi ilmaista glial markkereita, kuten GFAP ja kantasolujen markkereita, kuten nestiinin ja Sox2, mutta lopulta ne menettävät nämä ominaisuudet ja alkaa ilmentävät spesifisten merkkiaineiden jyvässolujen kuten NeuroD ja Prox1 . Uskotaan, että näiden solujen muodostuminen edustaa kohtalon valintaa hermosolujen kehityksessä.
  3. Neuroblastit . Neuroblastit edustavat edeltäjäsolujen kehityksen viimeistä vaihetta, ennen kuin solut poistuvat solusyklistä ja ottavat identiteettinsä neuroneiksi. Näiden solujen lisääntyminen on rajoitetumpaa, vaikka aivojen iskemia voi indusoida lisääntymistä tässä vaiheessa.
  4. Postmitoottiset neuronit. Tässä vaiheessa solusyklistä poistumisen jälkeen soluja pidetään kypsymättöminä neuroneina. Suurin osa postmitoottisista neuroneista läpikäy apoptoosin tai solukuoleman. Muutamat selviytyneet alkavat kehittää hippokampuksen rakeissolujen morfologiaa, jolle on tunnusomaista dendriittien laajeneminen DG: n molekyylikerrokseen ja aksonien kasvu CA3-alueelle, ja sen jälkeen synaptisien yhteyksien muodostuminen. Postmitoottiset neuronit kulkevat myös myöhäisen kypsymisvaiheen läpi, jolle on tunnusomaista lisääntynyt synaptinen plastisuus ja alentunut kynnys pitkäaikaiselle potentioinnille . Lopulta neuronit integroituvat hipokampuksen piiriin täysin kypsyneinä rakeissoluina.

Astrosyytit

SGZ: stä löytyy kaksi päätyyppistä astrosyyttiä : säteittäiset astrosyytit ja vaakasuuntaiset astrosyytit. Radiaaliset astrosyytit ovat synonyymejä aiemmin kuvatuille radiaalisille glia-soluille, ja niillä on kaksi roolia sekä gliasoluina että hermosolujen kantasoluina. Ei ole selvää, voivatko yksittäiset radiaaliset astrosyytit toimia molemmissa rooleissa vai voivatko tietyt säteittäiset astrosyytit synnyttää NSC: itä. Vaakasuuntaisilla astrosyyteillä ei ole säteittäisiä prosesseja; pikemminkin ne jatkavat prosessejaan vaakasuoraan, samansuuntaisesti hiluksen ja SGZ: n välisen rajan kanssa. Lisäksi ne eivät näytä tuottavan hermosolujen progenitoreja. Koska astrosyytit ovat läheisessä yhteydessä monien muiden SGZ: n solujen kanssa, ne soveltuvat hyvin palvelemaan aistinvaraisina ja säätelykanavina neurogeneesissä.

Endoteelisolut ja verisuonet

Endoteelisolut , jotka reunustavat verisuonia SGZ: ssä, ovat kriittinen komponentti kantasolujen itsensä uudistumisen ja neurogeneesin säätelyssä. Nämä solut, jotka asuvat lisääntyvien neurogeenisten solujen klustereiden lähellä, tarjoavat kiinnityspisteitä neurogeenisille soluille ja vapauttavat diffundoituvia signaaleja, kuten vaskulaarisen endoteelin kasvutekijä (VEGF), jotka auttavat indusoimaan sekä angiogeneesiä että neurogeneesiä. Itse asiassa tutkimukset ovat osoittaneet, että neurogeneesillä ja angiogeneesillä on useita yhteisiä signalointireittejä , mikä tarkoittaa, että SGZ: n neurogeenisillä soluilla ja endoteelisoluilla on vastavuoroinen vaikutus toisiinsa. Verisuonissa on hormoneja ja muita molekyylejä, jotka vaikuttavat SGZ: n soluihin säätelemään neurogeneesiä ja angiogeneesiä.

Hippokampuksen neurogeneesi

SGZ: n päätehtävänä on suorittaa hippokampuksen neurogeneesi, prosessi, jolla uudet hermosolut lisääntyvät ja integroituvat toiminnallisesti hammaskynnän rakeiseen solukerrokseen. Toisin kuin pitkäaikaiset uskomukset, neurogeneesi SGZ: ssä tapahtuu paitsi synnytystä edeltävän kehityksen aikana myös koko aikuisikään useimmilla nisäkkäillä, mukaan lukien ihmiset.

Neurogeneesin säätely

Neuraalisten kantasolujen itsensä uudistumista, kohtalon valintaa, lisääntymistä, migraatiota ja erilaistumista SGZ: ssä säätelevät monet SGZ: n signalointimolekyylit, mukaan lukien useat välittäjäaineet . Esimerkiksi Notch on signalointiproteiini, joka säätelee kohtalon valintaa ja pitää kantasolut yleensä itsensä uudistumisen tilassa. Neurotrofiineja , kuten aivopohjaista neurotrofista tekijää (BDNF) ja hermokasvutekijää (NGF), esiintyy myös SGZ: ssä ja niiden oletetaan vaikuttavan neurogeneesiin, vaikka tarkat mekanismit ovat epäselviä. Wnt: n ja luun morfogeenisen proteiinin (BMP) signalointi ovat myös neurogeneesin säätelijöitä sekä klassisia hermovälittäjäaineita, kuten glutamaatti , GABA , dopamiini ja serotoniini . SGZ: n neurogeneesiin vaikuttavat myös erilaiset ympäristötekijät, kuten ikä ja stressi . Ikään liittyviä neurogeneesinopeuden vähenemisiä havaitaan johdonmukaisesti sekä laboratoriossa että klinikalla, mutta SGZ: n voimakkain neurogeneesin estäjä ympäristössä on stressi. Stressitekijät, kuten unen puute ja psykososiaalinen stressi, aiheuttavat glukokortikoidien vapautumisen lisämunuaiskuoresta verenkiertoon, mikä estää hermosolujen lisääntymistä, eloonjäämistä ja erilaistumista. On kokeellista näyttöä siitä, että stressin aiheuttama neurogeneesin väheneminen voidaan torjua masennuslääkkeillä. Muut ympäristötekijät, kuten fyysinen harjoittelu ja jatkuva oppiminen, voivat myös vaikuttaa positiivisesti neurogeneesiin ja stimuloida solujen lisääntymistä huolimatta lisääntyneistä glukokortikoidipitoisuuksista verenkierrossa.

Rooli muistissa ja oppimisessa

SGZ: n neurogeneesin ja oppimisen ja muistin , erityisesti avaruusmuistin, välillä on vastavuoroinen suhde . Toisaalta korkeat neurogeneesinopeudet voivat lisätä muistikykyjä. Esimerkiksi nuorten eläinten korkea neurogeneesinopeus ja hermosolujen vaihtuminen voivat olla syy heidän kykyynsä hankkia nopeasti uusia muistoja ja oppia uusia tehtäviä. On oletettu, että uusien hermosolujen jatkuva muodostuminen on syy vasta hankituille muistoille ajallisesti. Toisaalta oppimalla, etenkin hippokampuksesta riippuvalla spatiaalisella oppimisella, on positiivinen vaikutus solujen eloonjäämiseen ja indusoi solujen lisääntymistä lisääntyneen synaptisen aktiivisuuden ja välittäjäaineiden vapautumisen kautta. Vaikka hippokampuksen neurogeneesin ja muistin välisen suhteen vahvistamiseksi on tehtävä enemmän työtä, hippokampuksen rappeutumistapauksista käy selvästi ilmi, että neurogeneesi on välttämätön, jotta aivot selviytyvät ulkoisen ympäristön muutoksista ja tuottavat uusia muistoja ajallisesti oikealla tavalla.

Lääketieteellinen merkitys

SGZ: ssä on monia neurologisia sairauksia ja häiriöitä, joilla on muutoksia neurogeneesissä. Näiden muutosten mekanismeja ja merkityksiä ei kuitenkaan vieläkään täysin ymmärretä. Esimerkiksi Parkinsonin tautia ja Alzheimerin tautia sairastavilla potilailla solujen lisääntyminen vähenee yleensä, mikä on odotettavissa. Kuitenkin niillä, jotka kokevat epilepsiaa , aivohalvausta tai tulehdusta, neurogeneesi lisääntyy, mikä on mahdollista todisteita aivojen yrityksistä korjata itsensä. Näiden muutosten mekanismien ja seurausten tarkempi määrittely voi johtaa uusiin hoitomuotoihin näille neurologisille häiriöille. SGZ: n neurogeneesin oivallukset voivat myös antaa vihjeitä syövän taustalla olevien mekanismien ymmärtämisestä, koska syöpäsoluilla on monia samoja ominaisuuksia erilaistumattomilla, lisääntyvillä prekursorisoluilla SGZ: ssä. Esiastesolujen erottaminen SGZ: n säätelymikroympäristöstä voi olla tekijä syöpäkasvainten muodostumisessa.

Katso myös

Viitteet

Ulkoiset linkit