Zona subgranulară - Subgranular zone

Zona subgranulară (în creierul șobolanului). (A) Regiuni ale girusului dentat: hilul, zona subgranulară (sgz), stratul de celule granulare (GCL) și stratul molecular (ML). Celulele au fost colorate pentru doublecortină (DCX), o proteină exprimată de celule precursoare neuronale și neuroni imaturi. (B) Primul plan al zonei subgranulare, situată între hilus și GCL. Dintr-o lucrare de Charlotte A. Oomen și colab., 2009.

Zona subgranular ( SGZ ) este un creier regiune în hipocamp unde adult neurogeneza are loc. Celălalt loc major al neurogenezei adulților este zona subventriculară (SVZ) din creier.

Structura

Zona subgranular este un strat îngust de celule situate între celula de granule strat și hilul din girusul dințat . Acest strat este caracterizat de mai multe tipuri de celule, cel mai proeminent tip fiind celulele stem neuronale (NSC) în diferite stadii de dezvoltare. Cu toate acestea, pe lângă NSC-uri, există și astrocite , celule endoteliale , vase de sânge și alte componente, care formează un micro-mediu care susține NSC-urile și reglează proliferarea, migrația și diferențierea acestora. Descoperirea acestui microambient complex și rolul său crucial în dezvoltarea NSC i-a determinat pe unii să îl eticheteze drept „nișă” neurogenă . De asemenea, este denumită frecvent o nișă vasculară sau angiogenă, datorită importanței și omniprezenței vaselor de sânge din SGZ.

Celulele stem neuronale și neuronii

Structura și caracteristicile nișei neurogene. Adaptat dintr-o lucrare de Ilias Kazanis, și colab., 2008.

Creierul cuprinde mai multe tipuri diferite de neuroni , dar SGZ generează un singur tip: celulele granulare - neuronii excitatori primari din girusul dentat (DG) - despre care se crede că contribuie la funcții cognitive precum memoria și învățarea . Progresia de la celula stem neuronală la celula granulară din SGZ poate fi descrisă urmărind următoarea linie de tipuri de celule:

  1. Celule gliale radiale . Celulele gliale radiale sunt un subset de astrocite , care sunt de obicei considerate a fi celule de sprijin non-neuronale. Celulele gliale radiale din SGZ au corpuri celulare care locuiesc în SGZ și procesele verticale (sau radiale) care se extind în stratul molecular al DG. Aceste procese acționează ca un schelă pe care neuronii nou formați pot migra pe distanța scurtă de la SGZ la stratul de celule granulare. Glia radială este astrocitară în morfologia lor, exprimarea markerilor glialiprecum GFAP și funcția lor în reglarea microambientului NSC. Cu toate acestea, spre deosebire de majoritatea astrocitelor, ele acționează și ca progenitori neurogeni; de fapt, acestea sunt considerate pe scară largă a fi celulele stem neuronale care dau naștere la celule precursoare neuronale ulterioare. Studiile au arătat că glia radială din SGZ exprimă nestin și Sox2 , biomarkeri asociați cu celulele stem neuronale și că glia radială izolată poate genera noi neuroni in vitro . Celulele gliale radiale se împart adesea asimetric , producând o nouă celulă stem și o celulă precursor neuronală pe diviziune. Astfel, ei au capacitatea de auto-reînnoire, permițându-le să mențină populația de celule stem în timp ce produc simultan precursorii neuronali ulteriori cunoscuți ca celule de amplificare tranzitorie.
  2. Amplificarea tranzitorie a celulelor progenitoare . Celulele progenitoare care amplifică tranzitoriu (sau amplifică tranzitul) sunt celule extrem de proliferative care se divid și se înmulțesc frecvent prin mitoză , astfel „amplificând” grupul de celule precursoare disponibile. Ele reprezintă începutul unei etape tranzitorii în dezvoltarea NSC în care NSC încep să-și piardă caracteristicile gliale și să-și asume mai multe trăsături neuronale. De exemplu, celulele din această categorie pot exprima inițial markeri gliali, cum ar fi GFAP și markeri de celule stem, cum ar fi nestin și Sox2, dar în cele din urmă, își pierd aceste caracteristici și încep să exprime markeri specifici celulelor granulare, cum ar fi NeuroD și Prox1 . Se crede că formarea acestor celule reprezintă o alegere a soartei în dezvoltarea celulelor stem neuronale.
  3. Neuroblaste . Neuroblastele reprezintă ultima etapă a dezvoltării celulelor precursoare înainte ca celulele să iasă din ciclul celular și să-și asume identitatea ca neuroni. Proliferarea acestor celule este mai limitată, deși ischemia cerebrală poate induce proliferarea în acest stadiu.
  4. Neuroni postmitotici. În acest moment, după ieșirea din ciclul celular, celulele sunt considerate neuroni imaturi. Marea majoritate a neuronilor postmitotici suferă apoptoză sau moarte celulară. Cei puțini care supraviețuiesc încep să dezvolte morfologia celulelor granulare hipocampice, marcată de extinderea dendritelor în stratul molecular al DG și de creșterea axonilor în regiunea CA3 și, ulterior, formarea conexiunilor sinaptice. Neuronii postmitotici trec, de asemenea, printr-o fază de maturare târzie caracterizată printr-o plasticitate sinaptică crescută și un prag scăzut pentru potențarea pe termen lung . În cele din urmă, neuronii sunt integrați în circuitul hipocampic ca celule granulare complet maturate.

Astrocite

Două tipuri principale de astrocite se găsesc în SGZ: astrocite radiale și astrocite orizontale. Astrocitele radiale sunt sinonime cu celulele gliale radiale descrise mai devreme și joacă un rol dublu atât ca celule gliale, cât și ca celule stem neuronale. Nu este clar dacă astrocitele radiale individuale pot juca ambele roluri sau doar anumite astrocite radiale pot da naștere NSC-urilor. Astrocitele orizontale nu au procese radiale; mai degrabă, își extind procesele orizontal, paralel cu granița dintre hilus și SGZ. Mai mult, nu par să genereze progenitori neuronali. Deoarece astrocitele sunt în contact strâns cu multe dintre celelalte celule din SGZ, acestea sunt potrivite pentru a servi ca canale senzoriale și de reglare în neurogeneză.

Celulele endoteliale și vasele de sânge

Celulele endoteliale , care acoperă vasele de sânge din SGZ, sunt o componentă critică în reglarea auto-reînnoirii celulelor stem și a neurogenezei. Aceste celule, care locuiesc în imediata apropiere a grupurilor de celule neurogene proliferante, oferă puncte de atașament pentru celulele neurogene și eliberează semnale difuzibile, cum ar fi factorul de creștere endotelial vascular (VEGF), care ajută la inducerea atât a angiogenezei, cât și a neurogenezei. De fapt, studiile au arătat că neurogeneza și angiogeneza împărtășesc mai multe căi comune de semnalizare , ceea ce implică faptul că celulele neurogene și celulele endoteliale din SGZ au un efect reciproc reciproc. Vasele de sânge transportă hormoni și alte molecule care acționează asupra celulelor din SGZ pentru a regla neurogeneza și angiogeneza.

Neurogeneza hipocampului

Funcția principală a SGZ este de a efectua neurogeneza hipocampală, procesul prin care noi neuroni sunt crescuți și integrați funcțional în stratul celular granular al girusului dentat. Contrar credințelor de lungă durată, neurogeneza în SGZ apare nu numai în timpul dezvoltării prenatale, ci pe parcursul vieții adulte la majoritatea mamiferelor, inclusiv la oameni.

Reglarea neurogenezei

Auto-reînnoirea, alegerea destinului, proliferarea, migrația și diferențierea celulelor stem neuronale din SGZ sunt reglementate de multe molecule de semnalizare din SGZ, inclusiv de mai mulți neurotransmițători . De exemplu, Notch este o proteină de semnalizare care reglează alegerea destinului, menținând în general celulele stem într-o stare de autoînnoire. Neurotrofinele, cum ar fi factorul neurotrofic derivat din creier (BDNF) și factorul de creștere a nervilor (NGF), sunt de asemenea prezente în SGZ și se presupune că afectează neurogeneza, deși mecanismele exacte sunt neclare. Semnalizarea Wnt și a proteinelor morfogene osoase (BMP) sunt, de asemenea, regulatori ai neurogenezei, precum și neurotransmițători clasici, cum ar fi glutamatul , GABA , dopamina și serotonina . Neurogeneza în SGZ este, de asemenea, afectată de diverși factori de mediu, cum ar fi vârsta și stresul . Scăderile legate de vârstă ale ratei neurogenezei sunt observate în mod constant atât în ​​laborator, cât și în clinică, dar cel mai puternic inhibitor de mediu al neurogenezei în SGZ este stresul. Stresori precum privarea de somn și stresul psihosocial induc eliberarea glucocorticoizilor din cortexul suprarenal în circulație, ceea ce inhibă proliferarea, supraviețuirea și diferențierea celulelor neuronale. Există dovezi experimentale că reducerea neurogenezei indusă de stres poate fi contracarată cu antidepresive. Alți factori de mediu, cum ar fi exercițiul fizic și învățarea continuă, pot avea, de asemenea, un efect pozitiv asupra neurogenezei, stimulând proliferarea celulară, în ciuda nivelurilor crescute de glucocorticoizi în circulație.

Rol în memorie și învățare

Există o relație reciprocă între neurogeneză în SGZ și învățare și memorie , în special memoria spațială. Pe de o parte, ratele ridicate de neurogeneză pot crește abilitățile de memorie. De exemplu, rata ridicată a neurogenezei și a fluctuației neuronale la animalele tinere poate fi motivul care stă la baza capacității lor de a dobândi rapid noi amintiri și de a învăța noi sarcini. Există o ipoteză conform căreia formarea constantă a noilor neuroni este motivul pentru care amintirile nou dobândite au un aspect temporal. Pe de altă parte, învățarea, în special învățarea spațială, care depinde de hipocampus, are un efect pozitiv asupra supraviețuirii celulare și induce proliferarea celulară prin creșterea activității sinaptice și eliberarea neurotransmițătorului. Deși trebuie depuse mai multe eforturi pentru a consolida relația dintre neurogeneza hipocampică și memorie, din cazurile de degenerescență a hipocampului este clar că neurogeneza este necesară pentru ca creierul să facă față schimbărilor din mediul extern și să producă noi amintiri maniera corecta.

Semnificația clinică

Există multe boli și tulburări neurologice care prezintă modificări ale neurogenezei în SGZ. Cu toate acestea, mecanismele și semnificațiile acestor schimbări nu sunt încă pe deplin înțelese. De exemplu, pacienții cu boala Parkinson și boala Alzheimer prezintă, în general, o scădere a proliferării celulare, care este de așteptat. Cu toate acestea, cei care suferă de epilepsie , accident vascular cerebral sau inflamație prezintă creșteri ale neurogenezei, posibile dovezi ale încercărilor creierului de a se repara. O definiție suplimentară a mecanismelor și consecințelor acestor schimbări poate duce la noi terapii pentru aceste tulburări neurologice. Prezentarea neurogenezei în SGZ poate oferi, de asemenea, indicii în înțelegerea mecanismelor de bază ale cancerului, deoarece celulele canceroase prezintă multe dintre aceleași caracteristici ale celulelor precursoare nediferențiate și proliferante din SGZ. Separarea celulelor precursoare de micromediul reglator al SGZ poate fi un factor în formarea tumorilor canceroase.

Vezi si

Referințe

linkuri externe