Celulă granulară - Granule cell
Denumirea de celulă granulară a fost utilizată pentru mai multe tipuri diferite de neuroni a căror singură caracteristică comună este că toate au corpuri celulare foarte mici . Celulele granulare se găsesc în stratul granular al cerebelului , girusul dentat al hipocampului , stratul superficial al nucleului cohlear dorsal , bulbul olfactiv și cortexul cerebral .
Celulele granulare cerebeloase reprezintă majoritatea neuronilor din creierul uman. Aceste celule granulare primesc aport de excitare de la fibrele mușchite provenite din nucleele pontine . Celulele granulare cerebelare se proiectează prin stratul Purkinje în stratul molecular, unde se ramifică în fibre paralele care se răspândesc prin arborii dendritici ai celulelor Purkinje . Aceste fibre paralele formează mii de sinapse excitatorii celule-celule-Purkinje pe dendritele intermediare și distale ale celulelor Purkinje folosind glutamatul ca neurotransmițător .
Celulele granulare ale stratului 4 ale cortexului cerebral primesc intrări din talamus și trimit proiecții către straturile supragranulare 2-3, dar și către straturile infragranulare ale cortexului cerebral.
Structura
Celulele granulare din diferite regiuni ale creierului sunt atât funcționale, cât și anatomice: singurul lucru pe care îl au în comun este micimea. De exemplu, celulele granulare cu bulb olfactiv sunt GABAergice și fără axon, în timp ce celulele granulare din girusul dentat au axoni de proiecție glutamatergici . Aceste două populații de celule granulare sunt, de asemenea, singurele populații neuronale majore care suferă neurogeneza adulților , în timp ce celulele granulare cerebeloase și corticale nu. Celulele granulare (cu excepția celor ale bulbului olfactiv) au o structură tipică unui neuron format din dendrite , un soma (corpul celulei) și un axon.
Dendrite : Fiecare celulă granulară are 3 - 4 dendrite stubby care se termină într-o gheară. Fiecare dintre dendrite are doar aproximativ 15 μm în lungime.
Soma : Toate celulele granulare au un diametru mic al soma de aproximativ 10 μm.
Axon : Fiecare celulă granulară trimite un singur axon pe arborele dendritic al celulei Purkinje. Axonul are un diametru extrem de îngust: ½ micrometru.
Synapse : 100-300,000 axonilor de celule granule sinapsa pe o singură celulă Purkinje .
Existența joncțiunilor de decalaj între celulele granulare permite ca mai mulți neuroni să fie cuplați unul cu celălalt permițând mai multor celule să acționeze în sincronie și să permită funcțiile de semnalizare necesare dezvoltării celulelor granulare.
Celula granulară cerebelară
Celulele granulare, produse de buza rombică , se găsesc în stratul celular granular al cortexului cerebelos . Sunt mici și numeroase. Acestea se caracterizează printr-o sumă foarte mică și câteva dendrite scurte care se termină cu terminații în formă de gheare. În microscopul electronic de transmisie , aceste celule sunt caracterizate de un nucleu colorat întunecat, înconjurat de o margine subțire de citoplasmă. Axonul urcă în stratul molecular unde se desparte pentru a forma fibre paralele .
Celula granulară a girusului dentat
Principalul tip de celulă a girusului dentat este celula granulată. Celula granulară a girusului dentat are un corp celular eliptic cu o lățime de aproximativ 10 μm și o înălțime de 18 μm.
Celula granulată are un arbore caracteristic în formă de con de dendrite apicale spinoase . Ramurile dendritei se proiectează pe întregul strat molecular și vârfurile cele mai îndepărtate ale arborelui dendritic se termină chiar la fisura hipocampală sau la suprafața ventriculară. Celulele granulare sunt strâns ambalate în stratul celular granular al girusului dentat.
Celula granulară a nucleului cohlear dorsal
Celulele granulare din nucleul cohlear dorsal sunt neuroni mici cu două sau trei dendrite scurte care dau naștere la câteva ramuri cu expansiuni la terminale. Dendritele sunt scurte, cu terminații asemănătoare ghearelor care formează glomeruli pentru a primi fibre mușchite , asemănătoare celulelor granulelor cerebeloase. Axonul său se proiectează către stratul molecular al nucleului cohlear dorsal unde formează fibre paralele, asemănătoare și celulelor granulelor cerebeloase. Celulele granulare cohleare dorsale sunt interneuroni excitatori mici, care sunt legați de dezvoltare și astfel seamănă cu celula granulară cerebelară.
Celulă granulară cu bulb olfactiv
Principala celulă granulară intrinsecă din bulbul olfactiv al vertebratelor nu are axon (la fel ca și neuronul accesoriu). Fiecare celulă dă naștere unor dendrite centrale scurte și a unei singure dendrite apicale lungi care se extinde în stratul celular de granule și intră în stratul corpului celulei mitrale . Ramurile dendritei se termină în stratul plexiform exterior din dendritele din tractul olfactiv . În bulbul olfactiv al mamiferelor, celulele granulare pot procesa atât intrarea sinaptică, cât și ieșirea datorită prezenței unor spini mari.
Funcţie
Căi neuronale și circuite ale cerebelului
Celulele granulelor cerebeloase primesc aport excitator de la 3 sau 4 fibre mușchii provenite din nucleii pontini . Fibrele cu mușchi fac o legătură excitativă pe celulele granulare care determină celula granulară să declanșeze un potențial de acțiune.
Axonul unei celule granulare cerebeloase se desparte pentru a forma o fibră paralelă care inervează celulele Purkinje . Marea majoritate a sinapselor axonale cu celule granulare se găsesc pe fibrele paralele.
Fibrele paralele sunt trimise în sus prin stratul Purkinje în stratul molecular unde se ramifică și se răspândesc prin arborii dendritici ai celulei Purkinje. Aceste fibre paralele formează mii de sinapse excitative granule-celule-Purkinje-celule pe dendritele celulelor Purkinje.
Această conexiune este excitativă, deoarece glutamatul este eliberat.
Fibrele paralele și axonul ascendent se sinapsează de la aceeași celulă granulară în sincronie, ceea ce duce la semnale de excitare. În cortexul cerebelos există o varietate de neuroni inhibitori ( interneuroni ). Singurii neuroni excitatori prezenți în cortexul cerebelos sunt celulele granulare.
Plasticitatea sinapselor dintre o fibră paralelă și o celulă Purkinje este considerată a fi importantă pentru învățarea motorie . Funcția circuitelor cerebeloase este în întregime dependentă de procesele efectuate de stratul granular. Prin urmare, funcția celulelor granulare determină funcția cerebeloasă în ansamblu.
Intrare de fibre mușchii pe celulele granulelor cerebeloase
Dendritele celulelor granulari , de asemenea , cu axoni sinapsă unmyelinated distinctive care Santiago Ramón y Cajal , numite fibre cu mușchi fibre Mossy și celulele Golgi ambele face conexiuni sinaptice cu celule de granule. Împreună aceste celule formează glomerulii.
Celulele granulare sunt supuse inhibării feed-forward : celulele granulare excită celulele Purkinje, dar excită și interneuronii GABAergici care inhibă celulele Purkinje.
Celulele granulare sunt, de asemenea, supuse inhibării feedback-ului : celulele Golgi primesc stimuli excitatori de la celulele granulare și, la rândul lor, trimit înapoi semnale inhibitoare către celula granulară.
Codurile de intrare a fibrelor mușchite sunt păstrate în timpul transmiterii sinaptice între celulele granulelor, sugerând că inervația este specifică intrării primite. Celulele granulare nu transmit doar semnalele de la fibrele mușchite, ci efectuează diverse transformări complicate care sunt necesare în domeniul spațiotemporal.
Fiecare celulă granulară primește o intrare de la două intrări diferite de fibre mușchii. Intrarea provine astfel din două locuri diferite, spre deosebire de celula granulei care primește mai multe intrări de la aceeași sursă.
Diferențele dintre fibrele mușchite care trimit semnale către celulele granulei afectează în mod direct tipul de informații pe care celulele granulare le traduc în celulele Purkinje. Fiabilitatea acestei traduceri va depinde de fiabilitatea activității sinaptice în celulele granulare și de natura stimulului primit. Semnalul pe care îl primește o celulă granulară de la o fibră cu mușchi depinde de funcția fibrei de mușchi în sine. Prin urmare, celulele granulare sunt capabile să integreze informații din diferitele fibre de mușchi și să genereze noi modele de activitate.
Intrarea fibrelor urcătoare pe celulele granulelor cerebeloase
Diferite tipare de intrare de fibre mușchii vor produce modele unice de activitate în celulele granulare care pot fi modificate printr-un semnal de predare transmis de intrarea de fibră cățărătoare . David Marr și James Albus au sugerat că cerebelul funcționează ca un filtru adaptiv, modificând comportamentul motor pe baza naturii intrării senzoriale.
Întrucât mai multe (~ 200.000) celule granulare se sinapsează pe o singură celulă Purkinje, efectele fiecărei fibre paralele pot fi modificate ca răspuns la un „semnal profesor” de la intrarea fibrelor urcătoare.
Funcții specifice diferitelor celule granulare
- Celulele granulelor cerebelului
David Marr a sugerat că celulele granulei codifică combinații de intrări de fibre mușchii. Pentru ca celula granulei să răspundă, trebuie să primească intrări active de la mai multe fibre de mușchi. Combinarea mai multor intrări are ca rezultat faptul că cerebelul poate face distincții mai precise între tiparele de intrare decât ar permite o singură fibră de mușchi. Celulele granulei cerebeloase joacă, de asemenea, un rol în orchestrarea conductanțelor tonice care controlează somnul împreună cu nivelurile ambientale ale GABA care se găsesc în creier.
- Celule granulare dentate
Pierderea neuronilor giratori dentati din hipocampus are ca rezultat deficite de memorie spatiala. Prin urmare, se crede că celulele granulate dentate funcționează în formarea amintirilor spațiale și a amintirilor episodice. Celulele granulare dentate imature și mature au roluri distincte în funcția de memorie. Se crede că celulele granulare născute la adulți sunt implicate în separarea tiparelor, în timp ce celulele granulare vechi contribuie la finalizarea rapidă a tiparului.
- Celule granulare cohleare dorsale
Celulele piramidale din cortexul auditiv primar se proiectează direct pe nucleul cohlear. Acest lucru este important în reflexul acustic de tresărire , în care celulele piramidale modulează reflexul de orientare secundară, iar intrarea celulei granulei este responsabilă pentru orientarea adecvată. Acest lucru se datorează faptului că semnalele primite de celulele granulei conțin informații despre poziția capului. Celulele granulare din nucleul cohlear dorsal joacă un rol în percepția și răspunsul la sunete din mediul nostru.
- Celule granulare cu bulb olfactiv
Inhibiția generată de celulele granulare, cel mai frecvent tip de celule GABAergice din bulbul olfactiv, joacă un rol critic în conturarea producției bulbului olfactiv. Există două tipuri de intrări de excitare primite de celulele granulare GABAergic ; cele activate de un receptor AMPA și cele activate de un receptor NMDA . Acest lucru permite celulelor granulelor să regleze prelucrarea intrării senzoriale în bulbul olfactiv. Cele olfactiv bec emisie a miros de informații de la nas la creier, și este , așadar , necesară pentru un sens al mirosului. Celulele granulare din bulbul olfactiv s-au dovedit, de asemenea, importante în formarea amintirilor legate de mirosuri.
Factori critici pentru funcție
- Calciu
Dinamica calciului este esențială pentru mai multe funcții ale celulelor granulare, cum ar fi schimbarea potențialului membranei , plasticitatea sinaptică , apoptoza și reglarea transcripției genelor . Natura semnalelor de calciu care controlează funcția presinaptică și postsinaptică a spinilor din celulele granulelor bulbului olfactiv este în mare parte necunoscută.
- Oxid de azot
Neuronii granulari au niveluri ridicate de izoformă neuronală a oxidului de azot sintază . Această enzimă este dependentă de prezența calciului și este responsabilă pentru producerea de oxid nitric (NO). Acest neurotransmițător este un regulator negativ al proliferării precursorilor celulelor granulare care promovează diferențierea diferitelor celule granulare. NO reglează interacțiunile dintre celulele granulei și glia și este esențial pentru protejarea celulelor granulelor împotriva deteriorării. NU este, de asemenea, responsabil pentru neuroplasticitate și învățarea motorie .
Rolul în boală
Morfologia modificată a celulelor granulate dentate
TrkB este responsabil pentru menținerea conectivității sinaptice normale a celulelor granulelor dentate. TrkB reglează, de asemenea, morfologia specifică (biologia) celulelor granulare și se spune că este importantă în reglarea dezvoltării neuronale, a plasticității neuronale, a învățării și a dezvoltării epilepsiei . Reglarea TrkB a celulelor granulare este importantă în prevenirea deficitelor de memorie și a epilepsiei limbice. Acest lucru se datorează faptului că celulele granulate dentate joacă un rol critic în funcția circuitelor entorhino-hipocampice în sănătate și boală. Celulele granulate dentate sunt situate pentru a regla fluxul de informații în hipocamp , o structură necesară pentru învățare și memorie normală.
Scăderea neurogenezei celulelor granulare
Atât epilepsia cât și depresia arată o producție perturbată de celule granulare hipocampice născute la adulți. Epilepsia este asociată cu creșterea producției - dar integrarea aberantă - a celulelor noi la începutul bolii și scăderea producției târziu în boală. Integrarea aberantă a celulelor generate de adulți în timpul dezvoltării epilepsiei poate afecta capacitatea girusului dentat de a împiedica activitatea excitativă excesivă să ajungă la celulele piramidale ale hipocampului , favorizând astfel convulsiile. Crizele epileptice de lungă durată stimulează neurogeneza celulelor granulate dentate. Aceste celule granulare dentate nou-născute pot duce la conexiuni aberante care duc la plasticitatea rețelei hipocampice asociate epileptogenezei .
Dendrite celulare granulare mai scurte
Pacienții care suferă de Alzheimer au dendrite celulare granulare mai scurte. Mai mult, dendritele erau mai puțin ramificate și aveau mai puțini spini decât cei de la pacienții care nu sufereau de Alzheimer. Cu toate acestea, dendritele celulare granulare nu sunt o componentă esențială a plăcilor senile și aceste plăci nu au niciun efect direct asupra celulelor granulare din girusul dentat. Modificările neurofibrilare specifice ale celulelor granulate dentate apar la pacienții care suferă de Alzheimer, varianta corpului Lewy și paralizie supranucleară progresivă .