معلومة

هل تتصل الخلايا النجمية وتتواصل كيميائيًا مع الخلايا النجمية الأخرى؟

هل تتصل الخلايا النجمية وتتواصل كيميائيًا مع الخلايا النجمية الأخرى؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

أقوم ببناء نموذج جديد من الأنسجة العصبية لأغراض التعلم الآلي وأحاول حاليًا إلغاء اختيار وظائف Astroglia.

تشير الأدبيات إلى أن الخلايا النجمية تغلف المشابك ، وتزودها بالدعم الهيكلي ، نظرًا لأن المشبك عبارة عن قطرة زيتية بين `` مجسات '' من الخلايا العصبية ، وهذا أمر منطقي ، ويقوم بوظائف رعاية في المشابك العصبية التي تتغلف بها فيما يتعلق بالناقلات العصبية ، وعبر قدمه حول الأوعية الدموية ، يوفر الموارد من الأوعية الدموية القريبة.

تشير الأدبيات إلى أن الخلية النجمية قد تلعب دورًا في بعض الاضطرابات العصبية إذا كانت "التأثيرات" الأيونية من مجموعة واحدة من الأقدام المحيطة بالأوعية ، أي مجموعة واحدة من المشابك ، "تتسرب" عبر حاجز كيميائي داخلي داخل الخلية النجمية المذكورة ، لتنتشر "تأثير" على مجموعة أخرى من المشابك ربما غير ذات صلة. أستطيع أن أرى كيف يمكن أن يؤثر هذا على التعلم غير ذي الصلة ويسببه ، وهو ما قد يكون سمة مميزة لبعض الاضطرابات العصبية ، والتي تشير الورقة البحثية إلى أن الفصام وأنماطه من التعلم غير المكتسب وغير المنتظم.

يمكنني أن أقدر كيف سيكون شكلًا من أشكال التعلم المحلي أو التعلم بالمسار الكلي أو الجزئي ، على عكس التعلم الفردي على مستوى الخلايا العصبية ، مفيدًا بالتأكيد لشبكة التعلم في تسريع التعلم.

هل تتصل الخلايا النجمية بالخلايا النجمية وإذا كان الأمر كذلك فكيف وما هي الرسائل الكيميائية الموجودة هناك؟

أعتذر لأنني لست اختصاصي كيمياء عصبية فقط مطور برامج لديه خلفية في الإلكترونيات وبينما يمكنني متابعة بعض الكيمياء ، فأنا مهتم بالغرض الوظيفي لهذه المكونات البيولوجية. لم يكن لدى الطبيعة الكيمياء لتعمل معها إلا عندما تطورت هذه الآليات ، ولكن ، جانباً ، إذا كان لديها وصول إلى الإلكترونيات والبرمجيات ، يفترض المرء أن النسيج العصبي كان من السهل علينا فهمه.


ينظم اتصال الخلايا النجمية ‐ إلى الخلايا النجمية وحلقة التغذية الراجعة الإيجابية لإشارات عامل النمو نضج الخلايا النجمية

(29 أبريل 2019)

بقلم جوين لي ، رانا آر خانكان ، كريستين كانيدا ، مارليسا آي غودوي ، مايكل إس هاني ، ميتشل سي كراوتشيك ، مايكل سي باسيك ، ستيفن أ.سلون ، يي زانج نشر "غليا"

يبدو أن هذا يعطيني التفاصيل التي طلبتها.

يبدو أن نضج الخلايا النجمية يتسارع بسبب الإشارات الكيميائية من الخلايا النجمية في المناطق المجاورة لها ، لكن الخلايا النجمية لا "ترسل إشارات" ، كما يُفهم على أنها خاصية تعلم الشبكة ، لبعضها البعض.

شكرا لمساعدتكم.


الخلايا الدبقية

لم يعد يُنظر إلى الخلايا الدبقية أو الخلايا العصبية أو الدبقية على أنها تلعب دورًا هيكليًا بحتًا داخل الجهاز العصبي المركزي ، كما وُجد أنها تنظم معدلات إطلاق الأعصاب وليونة الدماغ والاستجابات المناعية. كانت هذه الخلايا الصغيرة العديدة التي تفتقر إلى المحاور و / أو التشعبات موضوع بحث مهم ، لكننا ما زلنا نخدش سطح العديد من أدوارها. توجد الخلايا الدبقية في الجهاز العصبي المركزي (CNS) والجهاز العصبي المحيطي يمكن لبعض أنواع الخلايا الدبقية أن تتحرك عبر الحاجز بين الجهاز العصبي المركزي والجهاز العصبي المحيطي.


تاريخ الخلايا الدبقية

تشكل الخلايا الدبقية آخر خلايا الدماغ. إنها مجموعة متنوعة من الخلايا متعددة الاستخدامات في نطاق وظائفها.

تم اكتشاف الخلايا الدبقية لأول مرة في عام 1838 بواسطة روبرت ريماك. اكتشف خلايا شوان (التي سميت على اسم ثيودور شوان ، الذي أكد اكتشاف Remak & rsquos) ، وهي نوع من الخلايا الدبقية التي تغطي الخلايا العصبية و rsquos long axon. بعد هذا الاختراق الأولي ، تم الكشف عن العديد من الخلايا الدبقية الأخرى ، من الخلايا النجمية على شكل نجمة ، الخلايا الدبقية الصغيرة الصغيرة والخلايا الدبقية قليلة التغصن متعددة الشعب.

ومع ذلك ، فإن كل هذه الخلايا ، على الرغم من تنوعها ، تم إهمالها إلى مجرد وضع & ldquoglue & rdquo ، الأصل اليوناني للكلمة & ldquoglia & rdquo. اعتقد علماء الأعصاب في أوائل القرن العشرين أن الخلايا الدبقية لا تفعل شيئًا سوى دعم الخلايا العصبية في وظائفها.


الخلايا العصبية

تنقل أربعة أنواع رئيسية من الخلايا العصبية الإشارات عبر الجسم عبر هياكل متخصصة مثل التشعبات والمحاور والمشابك.

أهداف التعلم

وصف وظائف المكونات الهيكلية للخلايا العصبية

الماخذ الرئيسية

النقاط الرئيسية

  • التشعبات هي الهياكل الشبيهة بالأشجار في الخلايا العصبية التي تمتد بعيدًا عن جسم الخلية لتلقي رسائل من الخلايا العصبية الأخرى في نقاط الاشتباك العصبي ، ولا تحتوي جميع الخلايا العصبية على التشعبات.
  • تمكن المشابك التشعبات من خلية عصبية واحدة من التفاعل واستقبال الإشارات من العديد من الخلايا العصبية الأخرى.
  • المحاور عبارة عن هياكل تشبه الأنبوب ترسل إشارات إلى عصبونات أو عضلات أو أعضاء أخرى لا تحتوي جميع الخلايا العصبية على محاور.
  • تنقسم الخلايا العصبية إلى أربعة أنواع رئيسية: أحادي القطب ، ثنائي القطب ، متعدد الأقطاب ، و pseudounipolar.
  • تحتوي الخلايا العصبية أحادية القطب على بنية واحدة فقط تمتد من الخلايا العصبية ثنائية القطب في سوما ولها محور عصبي واحد وتغصن واحد يمتد من سوما.
  • تحتوي الخلايا العصبية متعددة الأقطاب على محور عصبي واحد والعديد من التشعبات العصبية الكاذبة لها بنية واحدة تمتد من سوما ، والتي تتفرع لاحقًا إلى بنيتين متميزتين.

الشروط الاساسية

  • التغصنات: إسقاطات متفرعة من الخلايا العصبية التي تنقل النبضات الواردة من الخلايا العصبية الأخرى إلى جسم الخلية
  • محور عصبي: إسقاط طويل نحيف لخلية عصبية تنقل النبضات العصبية بعيدًا عن جسم الخلية إلى الخلايا العصبية والعضلات والأعضاء الأخرى
  • تشابك عصبى: الوصلة بين طرف عصبون وإما خلية عصبية أخرى أو عضلة أو خلية غدة ، تمر عبرها النبضات العصبية

الخلايا العصبية

الجهاز العصبي لذبابة المختبر الشائعة ، ذبابة الفاكهة سوداء البطن، يحتوي على حوالي 100،000 خلية عصبية ، وهو نفس عدد سرطان البحر. يقارن هذا الرقم بـ 75 مليون في الفئران و 300 مليون في الأخطبوط. يحتوي دماغ الإنسان على حوالي 86 مليار خلية عصبية. على الرغم من هذه الأرقام المختلفة للغاية ، فإن الجهاز العصبي لهذه الحيوانات يتحكم في العديد من السلوكيات نفسها ، من ردود الفعل الأساسية إلى السلوكيات الأكثر تعقيدًا مثل العثور على الطعام ومغازلة الأصدقاء. إن قدرة الخلايا العصبية على التواصل مع بعضها البعض ، وكذلك مع الأنواع الأخرى من الخلايا ، تكمن وراء كل هذه السلوكيات.

تشترك معظم الخلايا العصبية في نفس المكونات الخلوية. لكن الخلايا العصبية أيضًا شديدة التخصص: أنواع مختلفة من الخلايا العصبية لها أحجام وأشكال مختلفة تتعلق بأدوارها الوظيفية.

أجزاء من الخلايا العصبية

يحتوي كل خلية عصبية على جسم خلوي (أو سوما) يحتوي على نواة ، وشبكة إندوبلازمية ناعمة وخشنة ، وجهاز جولجي ، وميتوكوندريا ، ومكونات خلوية أخرى. تحتوي الخلايا العصبية أيضًا على هياكل فريدة ، بالنسبة إلى معظم الخلايا ، وهي مطلوبة لاستقبال وإرسال الإشارات الكهربائية التي تجعل الاتصال العصبي ممكنًا. التشعبات هي هياكل شبيهة بالأشجار تمتد بعيدًا عن جسم الخلية لتلقي الرسائل من الخلايا العصبية الأخرى عند تقاطعات متخصصة تسمى نقاط الاشتباك العصبي. في حين أن بعض الخلايا العصبية ليس لها تشعبات ، فإن الأنواع الأخرى من الخلايا العصبية لها تشعبات متعددة. يمكن أن تحتوي التشعبات على نتوءات صغيرة تسمى العمود الفقري الشجيري ، والتي تزيد من مساحة السطح للوصلات المشبكية المحتملة.

التركيب الخلوي للخلايا العصبية: تحتوي الخلايا العصبية على عضيات مشتركة في العديد من الخلايا الأخرى ، مثل النواة والميتوكوندريا. لديهم أيضًا هياكل أكثر تخصصًا ، بما في ذلك التشعبات والمحاور.

بمجرد تلقي إشارة من التغصنات ، تنتقل بعد ذلك بشكل سلبي إلى جسم الخلية. يحتوي جسم الخلية على هيكل متخصص ، وهو المحور المحوري ، الذي يدمج الإشارات من نقاط الاشتباك العصبي المتعددة ويعمل كوصلة بين جسم الخلية ومحور عصبي: هيكل يشبه الأنبوب ينشر الإشارة المتكاملة إلى نهايات متخصصة تسمى المحاور الطرفية. هذه النهايات ، بدورها ، تتشابك على الخلايا العصبية الأخرى أو العضلات أو الأعضاء المستهدفة. تسمح المواد الكيميائية التي يتم إطلاقها في محطات المحوار بإيصال الإشارات إلى هذه الخلايا الأخرى. تحتوي الخلايا العصبية عادةً على محور أو محورين ، لكن بعض الخلايا العصبية ، مثل خلايا amacrine في شبكية العين ، لا تحتوي على أي محاور. بعض المحاور مغطاة بمايلين ، والذي يعمل كعازل لتقليل تبديد الإشارة الكهربائية أثناء انتقالها إلى أسفل المحور العصبي ، مما يزيد بشكل كبير من سرعة التوصيل. هذا العزل مهم لأن المحوار من الخلايا العصبية الحركية البشرية يمكن أن يصل طوله إلى متر: من قاعدة العمود الفقري إلى أصابع القدم. غمد المايلين ليس في الواقع جزءًا من الخلايا العصبية. يتم إنتاج المايلين بواسطة الخلايا الدبقية. على طول هذه الأنواع من المحاور ، هناك فجوات دورية في غمد الميالين. هذه الفجوات ، تسمى & # 8220 عقدة من Ranvier ، & # 8221 هي مواقع حيث تكون الإشارة & # 8220recharged & # 8221 أثناء انتقالها على طول المحور المحوري.

من المهم ملاحظة أن خلية عصبية واحدة لا تعمل بمفردها. يعتمد الاتصال العصبي على الروابط التي تقوم بها الخلايا العصبية مع بعضها البعض (وكذلك مع الخلايا الأخرى ، مثل خلايا العضلات). قد تتلقى التشعبات من خلية عصبية واحدة اتصال متشابك من العديد من الخلايا العصبية الأخرى. على سبيل المثال ، يُعتقد أن التشعبات من خلية بركنجي في المخيخ تتلقى اتصالًا من ما يصل إلى 200000 خلية عصبية أخرى.

أنواع الخلايا العصبية

هناك أنواع مختلفة من الخلايا العصبية يعتمد الدور الوظيفي للخلايا العصبية المعينة بشكل وثيق على بنيتها. هناك تنوع مذهل في أشكال وأحجام الخلايا العصبية الموجودة في أجزاء مختلفة من الجهاز العصبي (وعبر الأنواع).

تنوع الخلايا العصبية: هناك تنوع كبير في حجم وشكل الخلايا العصبية في جميع أنحاء الجهاز العصبي. تشمل الأمثلة (أ) خلية هرمية من القشرة الدماغية ، (ب) خلية بركنجي من قشرة المخيخ ، و (ج) الخلايا الشمية من الظهارة الشمية والبصلة الشمية.

في حين أن هناك العديد من الأنواع الفرعية للخلايا العصبية المحددة ، فإن الخلايا العصبية تنقسم على نطاق واسع إلى أربعة أنواع أساسية: أحادي القطب ، ثنائي القطب ، متعدد الأقطاب ، و pseudounipolar. الخلايا العصبية أحادية القطب لها هيكل واحد فقط يمتد بعيدًا عن سوما. لا توجد هذه الخلايا العصبية في الفقاريات ، ولكنها توجد في الحشرات حيث تحفز العضلات أو الغدد. يحتوي العصبون ثنائي القطب على محور عصبي واحد وتغصن واحد يمتد من سوما. مثال على الخلايا العصبية ثنائية القطب هو الخلية ثنائية القطب في شبكية العين ، والتي تتلقى إشارات من الخلايا المستقبلة للضوء الحساسة للضوء وتنقل هذه الإشارات إلى الخلايا العقدية التي تحمل الإشارة إلى الدماغ. الخلايا العصبية متعددة الأقطاب هي أكثر أنواع الخلايا العصبية شيوعًا. يحتوي كل خلية عصبية متعددة الأقطاب على محور عصبي واحد وتشعبات متعددة. يمكن العثور على الخلايا العصبية متعددة الأقطاب في الجهاز العصبي المركزي (الدماغ والحبل الشوكي). تحتوي خلية بركنجي ، وهي خلية عصبية متعددة الأقطاب في المخيخ ، على العديد من التشعبات المتفرعة ، ولكن يوجد محور عصبي واحد فقط. تشترك الخلايا الكاذبة القطبية في الخصائص مع كل من الخلايا أحادية القطب وثنائية القطب. تحتوي الخلية شبه القطبية الكاذبة على بنية واحدة تمتد من سوما (مثل الخلية أحادية القطب) ، والتي تتفرع لاحقًا إلى بنيتين متميزتين (مثل الخلية ثنائية القطب). معظم الخلايا العصبية الحسية هي شبه قطبية ولها محور عصبي يتفرع إلى امتدادين: أحدهما متصل بالتشعبات التي تستقبل المعلومات الحسية والآخر ينقل هذه المعلومات إلى النخاع الشوكي.

أنواع الخلايا العصبية: تنقسم الخلايا العصبية على نطاق واسع إلى أربعة أنواع رئيسية بناءً على عدد المحاور العصبية وموضعها: (1) أحادي القطب ، (2) ثنائي القطب ، (3) متعدد الأقطاب ، (4) قطبي كاذب.

الأنواع السبعة من الخلايا الدبقية لها وظائف محددة تلعب دورًا في دعم وظيفة الخلايا العصبية.

أهداف التعلم

صف الأدوار المحددة التي تلعبها الأنواع السبعة من الخلايا الدبقية في الجهاز العصبي

الماخذ الرئيسية

النقاط الرئيسية

  • تقوم الخلايا الدبقية بتوجيه الخلايا العصبية النامية إلى وجهاتها ، وتخزين الأيونات والمواد الكيميائية الضارة ، وبناء أغلفة المايلين حول المحاوير.
  • توفر الخلايا النجمية في الجهاز العصبي المركزي المغذيات للخلايا العصبية ، وتوفر الدعم الهيكلي لنقاط الاشتباك العصبي ، وتمنع المواد السامة من الدخول إلى الخلايا الدبقية الساتلية في الدماغ ، وتوفر المغذيات والدعم الهيكلي للخلايا العصبية في الجهاز العصبي المحيطي.
  • تكافح الخلايا الدبقية الصغيرة الخلايا الميتة وتحللها ، مما يحمي الدماغ من غزو الكائنات الحية الدقيقة.
  • تشكل الخلايا الدبقية قليلة التغصن أغلفة المايلين حول محاور عصبية في خلية شوان للجهاز العصبي المركزي وتشكل أغلفة المايلين حول محاور عصبية في الجهاز العصبي المحيطي.
  • تعمل الخلايا الدبقية الشعاعية كجسور لتطوير الخلايا العصبية عندما تهاجر إلى وجهاتها النهائية.
  • تبطن الخلايا البطانية العصبية البطينين المملوءين بالسوائل في الدماغ والقناة المركزية للحبل الشوكي التي تنتج السائل النخاعي.

الشروط الاساسية

  • القمر الصناعي الدبقية: خلية دبقية توفر العناصر الغذائية للخلايا العصبية في الجهاز العصبي المحيطي
  • شعاعي الدبقية: خلية دبقية تعمل كجسر لتطوير الخلايا العصبية أثناء انتقالها إلى وجهاتها النهائية
  • نجمي: خلية عصبية ، على شكل نجمة ، في الدماغ

بينما يُعتقد غالبًا أن الخلايا الدبقية (أو الخلايا الدبقية) هي القوالب الداعمة للجهاز العصبي ، فإن عدد الخلايا الدبقية في الدماغ يفوق عدد الخلايا العصبية بعامل عشرة. لن تتمكن الخلايا العصبية من العمل بدون الأدوار الحيوية التي تؤديها هذه الخلايا الدبقية. تقوم الخلايا الدبقية بتوجيه الخلايا العصبية النامية إلى وجهاتها ، والأيونات العازلة والمواد الكيميائية التي من شأنها أن تضر الخلايا العصبية ، وتوفر أغلفة المايلين حول المحاور. اكتشف العلماء مؤخرًا أنهم يلعبون أيضًا دورًا في الاستجابة للنشاط العصبي وتعديل الاتصال بين الخلايا العصبية. عندما لا تعمل الخلايا الدبقية بشكل صحيح ، يمكن أن تكون النتيجة كارثية ، وتحدث معظم أورام الدماغ بسبب طفرات في الخلايا الدبقية.

أنواع الدبقية

هناك عدة أنواع مختلفة من الخلايا الدبقية ذات وظائف مختلفة. تتواصل الخلايا النجمية مع كل من الشعيرات الدموية والخلايا العصبية في الجهاز العصبي المركزي. أنها توفر العناصر الغذائية والمواد الأخرى للخلايا العصبية ، وتنظم تركيزات الأيونات والمواد الكيميائية في السائل خارج الخلية ، وتوفر الدعم الهيكلي لنقاط الاشتباك العصبي. تشكل الخلايا النجمية أيضًا الحاجز الدموي الدماغي: هيكل يمنع دخول المواد السامة إلى الدماغ. وقد ثبت ، من خلال تجارب تصوير الكالسيوم ، أنها تصبح نشطة استجابة لنشاط الأعصاب ، وتنقل موجات الكالسيوم بين الخلايا النجمية ، وتعديل نشاط المشابك المحيطة. توفر الخلايا الدبقية الساتلية العناصر الغذائية والدعم الهيكلي للخلايا العصبية في الجهاز العصبي المحيطي. تكافح الخلايا الدبقية الصغيرة الخلايا الميتة وتحللها ، مما يحمي الدماغ من غزو الكائنات الحية الدقيقة. تشكل الخلايا الدبقية قليلة التغصن أغلفة المايلين حول محاور عصبية في الجهاز العصبي المركزي. يمكن أن يكون أحد المحاور ميالين بواسطة عدة خلايا قليلة التغصن يمكن أن توفر خلية قليلة التغصن المايلين لعدة خلايا عصبية. هذا مميز عن الجهاز العصبي المحيطي حيث توفر خلية شوان واحدة المايلين لمحور عصبي واحد فقط حيث تحيط خلية شوان بأكملها بالمحور. تعمل الخلايا الدبقية الشعاعية كجسور لتطوير الخلايا العصبية عندما تهاجر إلى وجهاتها النهائية. تبطن الخلايا البطانية العصبية البطينين المملوءين بالسوائل في الدماغ والقناة المركزية للحبل الشوكي. يشاركون في إنتاج السائل النخاعي ، الذي يعمل بمثابة وسادة للدماغ ، وينقل السائل بين النخاع الشوكي والدماغ ، وهو مكون للضفيرة المشيمية.

صور الخلايا الدبقية: (أ) الخلايا النجمية و (ب) الخلايا الدبقية قليلة التغصن هي خلايا دبقية في الجهاز العصبي المركزي.

الخلايا الدبقية: الخلايا الدبقية تدعم الخلايا العصبية وتحافظ على بيئتها. تشمل الخلايا الدبقية للجهاز العصبي المركزي (أ) الخلايا الدبقية قليلة التغصن ، والخلايا النجمية ، والخلايا البطانية العصبية ، والخلايا الدبقية الدبقية. تشكل الخلايا الدبقية قليلة التغصن غمد المايلين حول المحاوير. توفر الخلايا النجمية العناصر الغذائية للخلايا العصبية ، وتحافظ على بيئتها خارج الخلية ، وتوفر الدعم الهيكلي. تكافح الخلايا الدبقية الصغيرة مسببات الأمراض والخلايا الميتة. تنتج الخلايا البطانية العصبية السائل الدماغي الشوكي الذي يعمل على تسكين الخلايا العصبية. تشمل الخلايا الدبقية للجهاز العصبي المحيطي (ب) خلايا شوان ، التي تشكل غمد المايلين ، والخلايا الساتلية ، التي توفر العناصر الغذائية والدعم الهيكلي للخلايا العصبية.


نافذة في الدماغ توضح أهمية الخلايا النجمية

هل تمنيت يومًا أن تتمكن من إلقاء نظرة خاطفة على دماغ شخص ما وترى ما يحدث هناك؟ في بحث ورد في هذا العدد من بلوس علم الأحياءفعل هاجيمي هيراس وزملاؤه في جامعة روتجرز ذلك بالضبط من خلال تركيز مجهرهم على أدمغة الفئران الحية لفحص كيفية عمل خلايا معينة تسمى الخلايا النجمية في الجسم الحي. & # x200B فيفو.

في السعي الطويل لفهم كيفية عمل الدماغ ، ركز العلماء على الخلايا العصبية. تقوم الخلايا العصبية بتوصيل جهود الفعل والإشارات الكهربائية التي تنقل المعلومات في الجهاز العصبي. لكن الدماغ يحتوي أيضًا على عدة أنواع أخرى من الخلايا تسمى الخلايا الدبقية. (غليا مشتق من اللاتينية لـ & # x0201cglue & # x0201d كان يُعتقد أن هذه الخلايا & # x0201 توحدها معًا. & # x0201d) نوع واحد من الخلايا الدبقية ، الخلية النجمية (سميت لشكلها الشبيه بالنجوم) ، هي الخلية الأكثر اكتظاظًا بالسكان في العالم. الدماغ ويشكل ارتباطًا وثيقًا بالخلايا العصبية ونقاط الاشتباك العصبي الخاصة بها. كان يُعتقد أن هذه الخلايا تلعب دورًا داعمًا في الدماغ ، مما يضمن البيئة الكيميائية المناسبة لنقاط الاشتباك العصبي.

ومع ذلك ، فقد اقترحت الأبحاث الحديثة أن الخلايا النجمية والخلايا الدبقية الأخرى قد تلعب دورًا أكثر أهمية. عند فحص الخلايا النجمية المستزرعة في المختبر ، لاحظ العلماء سلوكًا يشير إلى أن الخلايا النجمية يمكنها التواصل مع الخلايا العصبية. على الرغم من أن الخلايا النجمية لا تستطيع نشر الإشارات الكهربائية كما تفعل الخلايا العصبية ، إلا أنها تستطيع الشعور بنقل مثل هذه الإشارات عند المشبك بين خليتين عصبيتين. علاوة على ذلك ، فإن الخلايا النجمية قادرة على نشر نوع مختلف من الإشارات ، وهي إشارة كيميائية تعتمد على إطلاق أيونات الكالسيوم. إشارات الكالسيوم هي آلية للإشارات الكيميائية لوحظت في العديد من أنواع الخلايا الأخرى. ومع ذلك ، فإن الخصائص الدقيقة لاتصال الخلايا العصبية & # x02013 الخلايا المخروطية ليست واضحة لأن الاستعدادات المختلفة لهذه الأنسجة أسفرت عن نتائج مختلفة. ولم يثبت أيضًا أن هذا النوع من الاتصال يحدث في الدماغ الحي.

لاستكشاف مثل هذه الأسئلة ، اتخذ Hirase وزملاؤه الخطوة التالية من خلال التحقيق في خصائص إشارات الكالسيوم للخلايا النجمية في أدمغة الفئران الحية. لتحقيق هذا العمل الفذ ، استخدم الباحثون مزيجًا من تقنيتين. راقبوا إشارات الكالسيوم باستخدام صبغة فلورية تسمى Fluo-4 ، والتي تتألق استجابةً لأيونات الكالسيوم. ثم استخدموا نوعًا خاصًا من المجهر يسمى مجهر المسح بالليزر ثنائي الفوتون لتصور الصبغة. نظرًا لأن هذا النوع من المجاهر يستخدم ليزرًا منخفض الطاقة ، فيمكنه تصوير الصبغة في الأنسجة الحية دون التسبب في ضرر.

قام الباحثون بتطبيق الصبغة على أدمغة الفئران المخدرة ، وغسلوا الصبغة الزائدة التي لم تخترق الخلايا ، ثم صوروا الأنسجة تحت المجهر. أكدوا في البداية أنهم كانوا بالفعل يفحصون الخلايا النجمية ولاحظوا أن الخلايا أظهرت مستوى معتدلًا من نشاط إشارات الكالسيوم الأساسي. ثم استخدموا عقارًا يسمى bicuculline لتحفيز الخلايا العصبية ولاحظوا زيادة ملحوظة في نشاط إشارات الكالسيوم للخلايا النجمية. لأن البيكوكولين يؤثر فقط على الخلايا العصبية ، فهذا يعني أن الخلايا النجمية تستجيب لنشاط الخلايا العصبية. وجد الباحثون أيضًا أن الخلايا النجمية المجاورة غالبًا ما تعرض أيضًا نشاطًا منسقًا لإشارات الكالسيوم ، مما يشير إلى أن التواصل بين الخلايا النجمية يتم تسهيله من خلال زيادة نشاط الخلايا العصبية.

يؤكد هذا البحث مدى تعقيد وظائف إشارات الخلايا النجمية في الدماغ الحي ويوضح أن الخلايا النجمية تلعب أكثر بكثير من مجرد دور داعم في وظيفة الدماغ. كما أنه ينشئ نظامًا تجريبيًا مهمًا للعلماء الذين يسعون إلى فهم كيفية عمل هذه العناصر المميزة للدماغ & # x02014 الخلايا العصبية والخلايا النجمية & # x02014 معًا. على الرغم من أن هذا البحث يوضح أن الإشارات موجودة بين الخلايا النجمية وبين الخلايا العصبية والخلايا النجمية ، إلا أن العلماء لم يفهموا بعد تأثير هذه الإشارة. تتضمن بعض الاحتمالات تنظيم تكوين المشبك ، أو تعديل قوة المشبك ، أو أدوار أكثر تعقيدًا في معالجة المعلومات الناتجة عن تنسيق نشاط الخلايا العصبية. سيساعد البحث المستقبلي باستخدام هذا النظام والأنظمة الأخرى في الكشف عن هذه الوظائف.


استخدام الجزيئات المشتقة من الخلايا النجمية والخلايا النجمية كأهداف علاجية

نتيجة لذلك ، تمثل جميع الجزيئات الواقية للأعصاب والجزيئات العصبية الموصوفة ، بالإضافة إلى عوامل المنبع والمصب ، أهدافًا علاجية محتملة (الشكل 3 والجدول 1). ومع ذلك ، يمكن أن تعمل كل من الخلايا النجمية والجزيئات المشتقة من الخلايا النجمية فقط كأهداف لأنواع فرعية معينة ، ومناطق تلف محددة ، ومراحل معينة من إصابات الدماغ الرضية. لذلك ، يجب أن تركز الاستراتيجيات العلاجية على تعزيز التأثيرات الوقائية للأعصاب وإعاقة التأثيرات العصبية الضائرة للعوامل المختلفة في ظل ظروف محددة.

الأهداف العلاجية المحتملة فيما يتعلق بالجزيئات المشتقة من الخلايا النجمية بعد إصابات الدماغ الرضية. بعد إصابات الدماغ الرضحية ، تطلق الخلايا التالفة إشارات الخطر. وتنشط شبكات الخيوط الوسيطة المجهدة داخل الخلايا النجمية تدفق الأيونات عبر قناة الأيونات الحساسة ميكانيكيًا ، مما يؤدي إلى مزيد من إطلاق إشارات الخطر. تعمل هذه الإشارات على تنشيط الخلايا العصبية وتحفيز تفاعل مناعي معقم قوي والتسبب في إصابات الدماغ الرضية الثانوية الأخرى. تفرز الخلايا النجمية التفاعلية مجموعة واسعة من العوامل التي تؤثر على تكوين الخلايا العصبية ، وتكوين المشابك ، والاستقرار المشبكي ، وتكوين الأوعية ، والتي قد تمثل الأهداف العلاجية. يعد تعديل البيئة المكروية غير القادرة على التكيف الناجم عن الالتهاب العصبي والسمية والإجهاد التأكسدي بعد إصابات الدماغ الرضية استراتيجية علاجية كبيرة. ANG-1 ، angiopoietin-1 CCL ، chemokine (CC motif) ligand CXCL ، chemokine (CXC motif) ligand GFAP ، بروتين حمضي ليفي دبقي HMGB1 ، بروتين مجموعة الحركة العالية B1 HSP ، بروتينات الصدمة الحرارية HSPGs ، كبريتات الهيبارين IGFB ، -6 ، بروتين رابط لعامل النمو الشبيه بالأنسولين 6 IL ، إنترلوكين MMP ، مصفوفة ميتالوبروتين PACAP ، ببتيد منشط لأدينيلات الغدة النخامية SHH ، قنفذ سونيك SPARC ، بروتين مفرز حمضي وغني بالسيستين STAT3 ، محول إشارة ومنشط للنسخ -3 TBI ، إصابة الدماغ الرضحية TGF-β ، عامل النمو المحول- β TNF ، عامل نخر الورم TSP ، الثرومبوسبوندين VEGF ، عامل النمو البطاني الوعائي

إلى جانب استهداف الجزيئات المشتقة من الخلايا النجمية ، فإن تحفيز وظيفة المستقبلات المرتبطة بالخلايا النجمية يعد أيضًا واعدًا لاستعادة اللدونة العصبية وإعادة البناء. تعمل بعض الجزيئات المشتقة من الخلايا النجمية مثل S1P و ETs أيضًا كروابط للمستقبلات النجمية ، ويتم عرض الأدوية العلاجية المحتملة في الجدول 1. مستقبلات أخرى مثل مستقبلات Toll-like [127] ، ومستقبلات Purinergic [227] ، ومستقبلات الجلوتامات [228] ومستقبلات الهرمون [10 ، 229] ومستقبلات القنب [230] جذبت أيضًا اهتمامًا واسع النطاق. على الرغم من أننا ذكرنا سابقًا أن MK-801 ، أحد مضادات مستقبلات الجلوتامات ، قد ثبت أنه يعزز التكامل التشابكي ويحسن النتائج المعرفية في الدراسة التجريبية ، ولكن للأسف ، تم إجراء التجارب السريرية المتعلقة بمضادات مستقبلات الغلوتامات على نطاق واسع ولكنها فشلت في توفيرها. فائدة ذات دلالة إحصائية لمرضى إصابات الدماغ الرضحية [231]. وفقا ل Ikonomidou وآخرون.، يمكن أن يُعزى الفشل إلى توهين الانتقال المشبكي ، مما يعيق بقاء الخلايا العصبية [228].

يعد تعديل البيئة المكروية غير القادرة على التكيف بعد إصابات الدماغ الرضية أيضًا استراتيجية علاجية كبيرة [140،141،142]. بشكل ملائم ، يمكن أن تكون عوامل تقليل سمية الغلوتامات من خلال تعزيز ناقلات الغلوتامات مثل باراوكسين 1 وبعض المضادات الحيوية بيتا لاكتام ذات فائدة علاجية [232 ، 233]. تشمل الوسطاء العلاجيون المحتملون الآخرون عوامل لاستعادة التوازن الأيوني والمائي عن طريق استهداف ناقلات Na + / H + ، أو Na + / K + / 2Cl - cotransporters ، أو Na + / Ca2 + مبادلات مثل أدوية الفلورينيل [234 ، 235] و العوامل التي تعزز بقاء الخلايا العصبية ووظيفتها مثل التغذية العصبية المؤتلفة أو مقلدات الببتيد [9]. العوامل التي تغير بيئة الآفة عن طريق تعديل الاستجابات الالتهابية مثل مينوسكلين و etanercept تم اقتراحها أيضًا كمرشحين محتملين للحماية العصبية [144 ، 171].

لقد راجعنا سابقًا تقدم علاج الخلايا الجذعية لـ TBI ، والذي لم يحقق نجاحًا عامًا في تطبيق العيادة [86]. بالنظر إلى الأدوار الحيوية للعوامل التي تفرزها الخلايا النجمية في تكوين الخلايا العصبية والتمايز العصبي ، قد يقدم مزيج من علاج الخلايا الجذعية ووظائف الخلايا النجمية استراتيجية علاجية جديدة. إلى جانب ذلك ، تمتلك RNAs غير المشفرة أيضًا إمكانات علاجية حيث تعبر الخلايا النجمية عن العديد من RNAs غير المشفرة ، والتي بدورها تتحكم في وظائف الخلايا النجمية [236،237،238]. وقد وجد أن المحلول الملحي مفرط التوتر يؤدي إلى حماية الأعصاب من خلال تنظيم التعبير عن الحمض النووي الريبي غير المشفر [239].


مراجع

لي ، دبليو ، لي ، ك ، وي ، دبليو ، وأمبير دينغ ، س.الأساليب الكيميائية لبيولوجيا الخلايا الجذعية والعلاجات. الخلية الجذعية للخلايا 13, 270–283 (2013).

Li، X.، Xu، J. & amp Deng، H. إعادة برمجة المصير الخلوي الناجم عن جزيء صغير: طريق واعد يؤدي إلى روما. بالعملة. رأي. جينيه. ديف. 52, 29–35 (2018).

كاو ، إس وآخرون. ديناميات إمكانية الوصول إلى الكروماتين أثناء الحث الكيميائي لتعدد القدرات. الخلية الجذعية للخلايا 22, 529–542 (2018).

فو ، هـ وآخرون. ديناميات تجديد التيلومير أثناء الحث الكيميائي للخلايا الجذعية متعددة القدرات. مندوب الخلايا الجذعية. 11, 70–87 (2018).

هو ، ب وآخرون. الخلايا الجذعية متعددة القدرات المستحثة من الخلايا الجسدية للفأر بواسطة مركبات جزيئية صغيرة. علم 341, 651–654 (2013).

تشاو ، ت. وآخرون. يكشف RNA-Seq أحادي الخلية عن برامج ديناميكية شبيهة بالجنين أثناء إعادة البرمجة الكيميائية. الخلية الجذعية للخلايا 23, 31–45 (2018).

تشاو ، واي وآخرون. تعمل حالة شبيهة بـ XEN على جسر الخلايا الجسدية إلى تعدد القدرات أثناء إعادة البرمجة الكيميائية. زنزانة 163, 1678–1691 (2015).

كاو ، ن. وآخرون. تحويل الخلايا الليفية البشرية إلى خلايا عضلية قلبية وظيفية بواسطة جزيئات صغيرة. علم 352, 1216–1220 (2016).

فو ، واي وآخرون. إعادة البرمجة المباشرة للخلايا الليفية للفأر إلى خلايا عضلية القلب باستخدام كوكتيلات كيميائية. دقة الخلية. 25, 1013–1024 (2015).

هو ، دبليو وآخرون. التحويل المباشر للخلايا الليفية البشرية الطبيعية ومرض الزهايمر إلى خلايا عصبية بواسطة جزيئات صغيرة. الخلية الجذعية للخلايا 17, 204–212 (2015).

لي ، إكس وآخرون. إعادة البرمجة المباشرة للأرومات الليفية عبر حالة تشبه XEN المستحثة كيميائيًا. الخلية الجذعية للخلايا 21, 264–273 (2017).

لي ، إكس وآخرون. إعادة برمجة مباشرة مدفوعة بجزيء صغير للأرومات الليفية في الفئران إلى خلايا عصبية وظيفية. الخلية الجذعية للخلايا 17, 195–203 (2015).

تشانغ ، ل. وآخرون. تقوم الجزيئات الصغيرة بإعادة برمجة الخلايا النجمية البشرية بكفاءة إلى خلايا عصبية وظيفية. الخلية الجذعية للخلايا 17, 735–747 (2015).

Xu و J. و Du و Y. & amp Deng و H. إعادة برمجة النسب المباشرة: الاستراتيجيات والآليات والتطبيقات. الخلية الجذعية للخلايا 16, 119–134 (2015).

Xu، Y.، Shi، Y. & amp Ding، S. نهج كيميائي لبيولوجيا الخلايا الجذعية والطب التجديدي. طبيعة سجية 453, 338 (2008).

Guo، Z. et al. إعادة البرمجة المباشرة في الجسم الحي للخلايا الدبقية التفاعلية إلى خلايا عصبية وظيفية بعد إصابة الدماغ وفي نموذج مرض الزهايمر. الخلية الجذعية للخلايا 14, 188–202 (2014).

نيو ، دبليو وآخرون. إعادة برمجة الخلايا النجمية في الجسم الحي إلى أرومات عصبية في دماغ البالغين. نات. خلية بيول. 15, 1164–1175 (2013).

Rivetti di Val Cervo، P. et al. تحريض الخلايا العصبية الدوبامين الوظيفية من الخلايا النجمية البشرية في المختبر والخلايا النجمية في الفئران في نموذج مرض باركنسون. نات. التكنولوجيا الحيوية. 35, 444–452 (2017).

شي ، زد وآخرون. تحويل الخلايا الليفية إلى الخلايا العصبية بارفالبيومين بواسطة عامل نسخ واحد ، Ascl1 ، والمركب الكيميائي فورسكولين. J. بيول. تشيم. 291, 13560–13570 (2016).

Torper، O. et al. توليد الخلايا العصبية المستحثة عن طريق التحويل المباشر في الجسم الحي. بروك. ناتل. أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 110, 7038–7043 (2013).

Huang ، C. ، Tu ، W. ، Fu ، Y. ، Wang ، J. & amp Xie ، X. إعادة برمجة القلب المستحثة بالمواد الكيميائية في الجسم الحي. دقة الخلية. 28, 686–689 (2018).

Heinrich، C.، Spagnoli، F. M. & amp Berninger، B. إعادة البرمجة في الجسم الحي لإصلاح الأنسجة. نات. خلية بيول. 17, 204–211 (2015).

Srivastava، D. & amp DeWitt، N. في إعادة البرمجة الخلوية في الجسم الحي: الجيل القادم. زنزانة 166, 1386–1396 (2016).

كرون ، إي وآخرون. الأديم الباطن البنكرياس المشتق من الخلايا الجذعية الجنينية البشرية يولد خلايا مستجيبة للجلوكوز لإفراز الأنسولين في الجسم الحي. نات. التكنولوجيا الحيوية. 26, 443–452 (2008).

Liddelow، S. A. & amp Barres، B. A. الخلايا النجمية التفاعلية: الإنتاج والوظيفة والإمكانات العلاجية. حصانة 46, 957–967 (2017).

وانر ، آي.بي وآخرون. تتشكل حدود الندبات الدبقية بواسطة الخلايا النجمية المتكاثرة حديثًا والمطولة التي تتفاعل مع الخلايا الالتهابية والتليفية عبر آليات تعتمد على STAT3 بعد إصابة الحبل الشوكي. J. نيوروسسي. 33, 12870–12886 (2013).

جريجوريان ، سي وآخرون. يؤدي حذف Pten في الخلايا الجذعية / السلفية العصبية البالغة إلى تعزيز تكوين الخلايا العصبية التكوينية. J. نيوروسسي. 29, 1874–1886 (2009).

كاهوي ، جيه دي وآخرون. قاعدة بيانات نصية للخلايا النجمية والخلايا العصبية والخلايا قليلة التغصن: مورد جديد لفهم تطور الدماغ ووظيفته. J. نيوروسسي. 28, 264–278 (2008).

تيان ، أ. وآخرون. يتضمن تكاثر الخلايا السليفة النجمية الزمانية المكانية المنظمة إشارات BRAF في الحبل الشوكي للثدييات. تطوير 139, 2477–2487 (2012).

وانج واي وآخرون. تعمل الدائرة الكولينية المباشرة بين الحاجز والحصين على إضعاف النوبة من خلال تثبيط السوماتوستاتين. بيول. الطب النفسي 87, 843–856 (2020).

Li ، T. ، Bai ، L. ، Li ، J. ، Igarashi ، S. & amp Ghishan ، F. K. أمراض الجهاز الهضمي 134, 1994–2003 (2008).

ويكرشام ، آي آر وآخرون. تقييد أحادي المشبك للتتبع عبر المشبكي من الخلايا العصبية الفردية المستهدفة وراثيا. عصبون 53, 639–647 (2007).

Callaway ، E.M. تتبع الدوائر العصبية عبر الفيروسات مع الفيروسات الموجه للأعصاب. بالعملة. رأي. نيوروبيول. 18, 617–623 (2008).

Tsiang، H.، Koulakoff، A.، Bizzini، B. & amp Berwald-Netter، Y. التوجه العصبي لفيروس داء الكلب. دراسة في المختبر. J. نيوروباتول. إكسب. نيورول. 42, 439–452 (1983).

كريتسر ، A. C. علم وظائف الأعضاء وعلم العقاقير من الخلايا العصبية المخطط لها. Annu Rev. Neurosci. 32, 127–147 (2009).

Lodato، S. & amp Arlotta، P. توليد تنوع عصبي في القشرة الدماغية للثدييات. Annu. القس الخلية ديف. بيول. 31, 699–720 (2015).

غراندي ، إيه وآخرون. التأثير البيئي على إعادة برمجة الخلايا العصبية المباشرة في الجسم الحي في دماغ البالغين. نات. كومون. 4, 2373 (2013).

هو ، إكس وآخرون. تظهر الخلايا النجمية المقيدة بالمنطقة قابلية غير متجانسة لإعادة برمجة الخلايا العصبية. مندوب الخلايا الجذعية. 12, 290–304 (2019).

Orive، G.، Anitua، E.، Pedraz، J.L & amp Emerich، D.F Biomaterials لتعزيز حماية الدماغ وإصلاحه وتجديده. نات. القس نيوروسسي. 10, 682–692 (2009).

Cheng، C. J.، Tietjen، G. T.، Saucier-Sawyer، J.K & amp Saltzman، W.M. نهج شامل لاستهداف المرض بالجسيمات النانوية البوليمرية. نات. القس اكتشاف المخدرات. 14, 239–247 (2015).

Mitragotri، S.، Burke، P. A. & amp Langer، R. التغلب على التحديات في إدارة المستحضرات الصيدلانية الحيوية: استراتيجيات الصياغة والتسليم. نات. القس اكتشاف المخدرات. 13, 655–672 (2014).

كاي واي وآخرون. يخفف القضاء على الخلايا الشائخة بواسطة دواء أولي يستهدف-galactosidase من الالتهاب ويعيد الوظيفة البدنية في الفئران المسنة. دقة الخلية. 30, 574–589 (2020).


الخلايا النجمية تعالج المعلومات المتشابكة

اعتبرت الخلايا النجمية كلاسيكيا كخلايا داعمة بسيطة للخلايا العصبية دون أن يكون لها دور مهم في معالجة المعلومات بواسطة الجهاز العصبي. ومع ذلك ، فقد أظهرت كميات كبيرة من الأدلة التي حصلت عليها عدة مجموعات خلال السنوات الماضية وجود اتصال ثنائي الاتجاه بين الخلايا النجمية والخلايا العصبية ، مما دفع إلى إعادة فحص دور الخلايا النجمية في فسيولوجيا الجهاز العصبي. بينما تؤسس الخلايا العصبية استثارتهم على الإشارات الكهربائية المتولدة عبر الغشاء ، فإن الخلايا النجمية تؤسس استثارتهم الخلوية على اختلافات في تركيز الكالسيوم 2+ في العصارة الخلوية. تناقش هذه المقالة معرفتنا الحالية بخصائص إشارة الخلية النجمية Ca 2+ المستحثة بشكل متشابك ، والتي تكشف أن الخلايا النجمية تعرض خصائص تكاملية لمعالجة المعلومات التشابكية. تستجيب الخلايا النجمية بشكل انتقائي لمسارات محاور مختلفة ، وتميز بين نشاط المشابك المختلفة وإشارة Ca 2+ الخاصة بها يتم تعديلها بشكل غير خطي بواسطة النشاط المتزامن لمدخلات متشابكة مختلفة. علاوة على ذلك ، يعتمد تعديل إشارة Ca 2+ على الخصائص الجوهرية الخلوية للخلايا النجمية ويتم تنظيمه بشكل ثنائي من خلال مستوى النشاط المشبكي. أخيرًا ، يمكن أن تؤدي ارتفاعات الخلايا النجمية Ca 2+ إلى إطلاق النواقل الدبقية ، والتي تعدل نشاط الخلايا العصبية وكذلك النقل المتشابك واللدونة ، وبالتالي منح الاتصال ثنائي الاتجاه مع الخلايا العصبية. وبالتالي ، يمكن اعتبار الخلايا النجمية عناصر خلوية تشارك في معالجة المعلومات بواسطة الجهاز العصبي.


هل تتصل الخلايا النجمية وتتواصل كيميائيًا مع الخلايا النجمية الأخرى؟ - مادة الاحياء

الخلايا الدبقية الصغيرة هي خلايا مناعية مقيمة في الدماغ ، وهي مشتقة من سلالة خلوية مختلفة لجميع الخلايا الأخرى في الدماغ. إنها خلايا شديدة الحركة ، تقوم باستمرار بدوريات في حمة الدماغ.

الخلايا النجمية هي أكبر مكون خلوي في الدماغ وتتطور من سلف مشترك إلى جانب الخلايا العصبية والخلايا قليلة التغصن. إنهم يربطون الدماغ بالكامل ولا يهاجرون أثناء علم وظائف الأعضاء الطبيعي. هذان النوعان من الخلايا مهمان لنمو دماغ الثدييات الطبيعي والاستجابة بسرعة للمرض والعدوى والصدمات.

تتفاعل الخلايا الدبقية الصغيرة والخلايا النجمية عبر عوامل مُفرزة وتعتمد على الاتصال لتعديل وظيفتها أثناء الصحة الطبيعية وفي المرض. يمكن أن تدفع الخلايا الدبقية الصغيرة التفاعلية في الخلايا النجمية عن طريق إطلاق السيتوكينات المحددة ، بينما يمكن للخلايا النجمية أن تؤدي إلى اختلال وظيفي في الخلايا الدبقية الصغيرة عن طريق حجب الكوليسترول.

توجد العديد من الأدوات للتعامل مع كل من الخلايا الدبقية الصغيرة والخلايا النجمية ، ومع ذلك ، فإن الإزالة الكاملة للخلايا النجمية أمر مستحيل حاليًا لأن هذا يؤدي إلى الموت.

يجب أن تكون تجارب scRNASeq مدعومة بشكل كافٍ وأن تأخذ في الحسبان الآثار المحتملة نتيجة لأخذ عينات فرعية عند نشر النتائج. من الناحية المثالية ، يجب التحقق من صحة الجينات المعبر عنها تفاضليًا الخاصة بالعنقود باستخدام طرق التصور (فى الموقع التهجين أو مناهج النسخ المكانية) والمقايسات الوظيفية.

Caution should be taken in the nomenclature of different ‘activation’ states of both microglia and astrocytes. While no method is perfect, the field needs to clearly state what constitutes a subset of cells: biologically relevant and functionally characterized descriptions will be the most beneficial.

Microglia–astrocyte interactions represent a delicate balance affecting neural cell functions in health and disease. Tightly controlled to maintain homeostasis during physiological conditions, rapid and prolonged departures during disease, infection, and following trauma drive multiple outcomes: both beneficial and detrimental. Recent sequencing studies at the bulk and single-cell level in humans and rodents provide new insight into microglia–astrocyte communication in homeostasis and disease. However, the complex changing ways these two cell types functionally interact has been a barrier to understanding disease initiation, progression, and disease mechanisms. Single cell sequencing is providing new insights however, many questions remain. Here, we discuss how to bridge transcriptional states to specific functions so we can develop therapies to mediate negative effects of altered microglia–astrocyte interactions.


محتويات

Astrocytes are a sub-type of glial cells in the central nervous system. They are also known as astrocytic glial cells. Star-shaped, their many processes envelop synapses made by neurons. In humans, a single astrocyte cell can interact with up to 2 million synapses at a time. [9] Astrocytes are classically identified using histological analysis many of these cells express the intermediate filament glial fibrillary acidic protein (GFAP). [10] Several forms of astrocytes exist in the central nervous system including fibrous (in white matter), protoplasmic (in grey matter), and radial. The fibrous glia are usually located within white matter, have relatively few organelles, and exhibit long unbranched cellular processes. This type often has astrocytic endfoot processes that physically connect the cells to the outside of capillary walls when they are in proximity to them. The protoplasmic glia are the most prevalent and are found in grey matter tissue, possess a larger quantity of organelles, and exhibit short and highly branched tertiary processes. The radial glial cells are disposed in planes perpendicular to the axes of ventricles. One of their processes abuts the pia mater, while the other is deeply buried in gray matter. Radial glia are mostly present during development, playing a role in neuron migration. Müller cells of the retina and Bergmann glia cells of the cerebellar cortex represent an exception, being present still during adulthood. When in proximity to the pia mater, all three forms of astrocytes send out processes to form the pia-glial membrane.

Development Edit

Astrocytes are macroglial cells in the central nervous system. Astrocytes are derived from heterogeneous populations of progenitor cells in the neuroepithelium of the developing central nervous system. There is remarkable similarity between the well known genetic mechanisms that specify the lineage of diverse neuron subtypes and that of macroglial cells. [11] Just as with neuronal cell specification, canonical signaling factors like sonic hedgehog (SHH), fibroblast growth factor (FGFs), WNTs and bone morphogenetic proteins (BMPs), provide positional information to developing macroglial cells through morphogen gradients along the dorsal–ventral, anterior–posterior and medial–lateral axes. The resultant patterning along the neuraxis leads to segmentation of the neuroepithelium into progenitor domains (p0, p1 p2, p3 and pMN) for distinct neuron types in the developing spinal cord. On the basis of several studies it is now believed that this model also applies to macroglial cell specification. Studies carried out by Hochstim and colleagues have demonstrated that three distinct populations of astrocytes arise from the p1, p2 and p3 domains. [12] These subtypes of astrocytes can be identified on the basis of their expression of different transcription factors (PAX6, NKX6.1) and cell surface markers (reelin and SLIT1). The three populations of astrocyte subtypes which have been identified are 1) dorsally located VA1 astrocytes, derived from p1 domain, express PAX6 and reelin 2) ventrally located VA3 astrocytes, derived from p3, express NKX6.1 and SLIT1 and 3) and intermediate white-matter located VA2 astrocyte, derived from the p2 domain, which express PAX6, NKX6.1, reelin and SLIT1. [13] After astrocyte specification has occurred in the developing CNS, it is believed that astrocyte precursors migrate to their final positions within the nervous system before the process of terminal differentiation occurs.

Astrocytes help form the physical structure of the brain, and are thought to play a number of active roles, including the secretion or absorption of neural transmitters and maintenance of the blood–brain barrier. [15] The concept of a tripartite synapse has been proposed, referring to the tight relationship occurring at synapses among a presynaptic element, a postsynaptic element and a glial element. [16]

  • الهيكلي: They are involved in the physical structuring of the brain. Astrocytes get their name because they are "star-shaped". They are the most abundant glial cells in the brain that are closely associated with neuronal synapses. They regulate the transmission of electrical impulses within the brain.
  • Glycogen fuel reserve buffer: Astrocytes contain glycogen and are capable of gluconeogenesis. The astrocytes next to neurons in the frontal cortex and hippocampus store and release glucose. Thus, astrocytes can fuel neurons with glucose during periods of high rate of glucose consumption and glucose shortage. A recent research on rats suggests there may be a connection between this activity and physical exercise. [17]
  • Metabolic support: They provide neurons with nutrients such as lactate.
  • Glucose sensing: normally associated with neurons, the detection of interstitial glucose levels within the brain is also controlled by astrocytes. Astrocytes في المختبر become activated by low glucose and are في الجسم الحي this activation increases gastric emptying to increase digestion. [18]
  • Blood–brain barrier: The astrocyte end-feet encircling endothelial cells were thought to aid in the maintenance of the blood–brain barrier, but recent research indicates that they do not play a substantial role instead, it is the tight junctions and basal lamina of the cerebral endothelial cells that play the most substantial role in maintaining the barrier. [19] However, it has recently been shown that astrocyte activity is linked to blood flow in the brain, and that this is what is actually being measured in fMRI. [20][21]
  • Transmitter uptake and release: Astrocytes express plasma membrane transporters such as glutamate transporters for several neurotransmitters, including glutamate, ATP, and GABA. More recently, astrocytes were shown to release glutamate or ATP in a vesicular, Ca 2+ -dependent manner. [22] (This has been disputed for hippocampal astrocytes.) [23]
  • Regulation of ion concentration in the extracellular space: Astrocytes express potassium channels at a high density. When neurons are active, they release potassium, increasing the local extracellular concentration. Because astrocytes are highly permeable to potassium, they rapidly clear the excess accumulation in the extracellular space. [24] If this function is interfered with, the extracellular concentration of potassium will rise, leading to neuronal depolarization by the Goldman equation. Abnormal accumulation of extracellular potassium is well known to result in epileptic neuronal activity. [25]
  • Modulation of synaptic transmission: In the supraoptic nucleus of the hypothalamus, rapid changes in astrocyte morphology have been shown to affect heterosynaptic transmission between neurons. [26] In the hippocampus, astrocytes suppress synaptic transmission by releasing ATP, which is hydrolyzed by ectonucleotidases to yield adenosine. Adenosine acts on neuronal adenosine receptors to inhibit synaptic transmission, thereby increasing the dynamic range available for LTP. [27]
  • Vasomodulation: Astrocytes may serve as intermediaries in neuronal regulation of blood flow. [28]
  • Promotion of the myelinating activity of oligodendrocytes: Electrical activity in neurons causes them to release ATP, which serves as an important stimulus for myelin to form. However, the ATP does not act directly on oligodendrocytes. Instead, it causes astrocytes to secrete cytokine leukemia inhibitory factor (LIF), a regulatory protein that promotes the myelinating activity of oligodendrocytes. This suggests that astrocytes have an executive-coordinating role in the brain. [29]
  • Nervous system repair: Upon injury to nerve cells within the central nervous system, astrocytes fill up the space to form a glial scar, and may contribute to neural repair. The role of astrocytes in CNS regeneration following injury is not well understood though. The glial scar has traditionally been described as an impermeable barrier to regeneration, thus implicating a negative role in axon regeneration. However, recently, it was found through genetic ablation studies that astrocytes are actually required for regeneration to occur. [30] More importantly, the authors found that the astrocyte scar is actually essential for stimulated axons (that axons that have been coaxed to grow via neurotrophic supplementation) to extend through the injured spinal cord. [30] Astrocytes that have been pushed into a reactive phenotype (termed astrogliosis, defined by upregulation of GFAP expression, a definition still under debate) may actually be toxic to neurons, releasing signals that can kill neurons. [31] Much work, however, remains to elucidate their role in nervous system injury.
  • Long-term potentiation: Scientists debate whether astrocytes integrate learning and memory in the hippocampus. Recently it has been shown that engrafting human glial progenitor cell in the nascent mice brains will cause the cells to differentiate into astrocytes. After differentiation these cells increase LTP and improve memory performance in the mice. [32]
  • Circadian clock: Astrocytes alone are sufficient to drive the molecular oscillations in the SCN and circadian behavior in mice, and thus can autonomously initiate and sustain complex mammalian behavior. [33]
  • The switch of the nervous system: Based on the evidence listed below, it has been recently conjectured in, [34] that macro glia (and astrocytes in particular) act both as a lossy neurotransmitter capacitor and as the logical switch of the nervous system. I.e., macroglia either block or enable the propagation of the stimulus along the nervous system, depending on their membrane state and the level of the stimulus.
Evidence supporting the switch and lossy capacitor role of glia as suggested in [34] [35]
Evidence type وصف مراجع
Calcium evidence Calcium waves appear only if a certain concentration of neurotransmitter is exceeded [36] [37] [38]
Electrophysiological evidence A negative wave appears when the stimulus level crosses a certain threshold. The shape of the electrophysiological response is different and has the opposite polarity compared to the characteristic neural response, suggesting that cells other than neurons might be involved. [39] [40]

Astrocytes are linked by gap junctions, creating an electrically coupled (functional) syncytium. [44] Because of this ability of astrocytes to communicate with their neighbors, changes in the activity of one astrocyte can have repercussions on the activities of others that are quite distant from the original astrocyte.

An influx of Ca 2+ ions into astrocytes is the essential change that ultimately generates calcium waves. Because this influx is directly caused by an increase in blood flow to the brain, calcium waves are said to be a kind of hemodynamic response function. An increase in intracellular calcium concentration can propagate outwards through this functional syncytium. Mechanisms of calcium wave propagation include diffusion of calcium ions and IP3 through gap junctions and extracellular ATP signalling. [45] Calcium elevations are the primary known axis of activation in astrocytes, and are necessary and sufficient for some types of astrocytic glutamate release. [46] Given the importance of calcium signaling in astrocytes, tight regulatory mechanisms for the progression of the spatio-temporal calcium signaling have been developed. Via mathematical analysis it has been shown that localized inflow of Ca 2+ ions yields a localized raise in the cytosolic concentration of Ca 2+ ions. [47] Moreover, cytosolic Ca 2+ accumulation is independent of every intracellular calcium flux and depends on the Ca 2+ exchange across the membrane, cytosolic calcium diffusion, geometry of the cell, extracellular calcium perturbation, and initial concentrations. [47]

Tripartite synapse Edit

Within the dorsal horn of the spinal cord, activated astrocytes have the ability to respond to almost all neurotransmitters [48] and, upon activation, release a multitude of neuroactive molecules such as glutamate, ATP, nitric oxide (NO), and prostaglandins (PG), which in turn influences neuronal excitability. The close association between astrocytes and presynaptic and postsynaptic terminals as well as their ability to integrate synaptic activity and release neuromodulators has been termed the tripartite synapse. [16] Synaptic modulation by astrocytes takes place because of this three-part association.

Astrocytomas Edit

Astrocytomas are primary intracranial tumors that develop from astrocytes. It is also possible that glial progenitors or neural stem cells can give rise to astrocytomas. These tumors may occur in many parts of the brain and/or spinal cord. Astrocytomas are divided into two categories: low grade (I and II) and high grade (III and IV). Low grade tumors are more common in children, and high grade tumors are more common in adults. Malignant astrocytomas are more prevalent among men, contributing to worse survival. [49]

Pilocytic astrocytomas are grade I tumors. They are considered benign and slow growing tumors. Pilocytic astrocytomas frequently have cystic portions filled with fluid and a nodule, which is the solid portion. Most are located in the cerebellum. Therefore, most symptoms are related to balance or coordination difficulties. [49] They also occur more frequently in children and teens. [50]

Fibrillary astrocytomas are grade II tumors. They grow relatively slowly so are usually considered benign, but they infiltrate the surrounding healthy tissue and can become malignant. Fibrillary astrocytomas commonly occur in younger people, who often present with seizures. [50]

Anaplastic astrocytomas are grade III malignant tumors. They grow more rapidly than lower grade tumors. Anaplastic astrocytomas recur more frequently than lower grade tumors because their tendency to spread into surrounding tissue makes them difficult to completely remove surgically. [49]

Glioblastoma multiforme is a grade IV cancer that may originate from astrocytes or an existing astrocytoma. Approximately 50% of all brain tumors are glioblastomas. Glioblastomas can contain multiple glial cell types, including astrocytes and oligodendrocytes. Glioblastomas are generally considered to be the most invasive type of glial tumor, as they grow rapidly and spread to nearby tissue. Treatment may be complicated, because one tumor cell type may die off in response to a particular treatment while the other cell types may continue to multiply. [49]

Neurodevelopmental disorders Edit

Astrocytes have emerged as important participants in various neurodevelopmental disorders. This view states that astrocyte dysfunction may result in improper neural circuitry, which underlies certain psychiatric disorders such as autism spectrum disorders and schizophrenia. [51] [6]

Chronic pain Edit

Under normal conditions, pain conduction begins with some noxious signal followed by an action potential carried by nociceptive (pain sensing) afferent neurons, which elicit excitatory postsynaptic potentials (EPSP) in the dorsal horn of the spinal cord. That message is then relayed to the cerebral cortex, where we translate those EPSPs into "pain." Since the discovery of astrocyte-neuron signaling, our understanding of the conduction of pain has been dramatically complicated. Pain processing is no longer seen as a repetitive relay of signals from body to brain, but as a complex system that can be up- and down-regulated by a number of different factors. One factor at the forefront of recent research is in the pain-potentiating synapse located in the dorsal horn of the spinal cord and the role of astrocytes in encapsulating these synapses. Garrison and co-workers [52] were the first to suggest association when they found a correlation between astrocyte hypertrophy in the dorsal horn of the spinal cord and hypersensitivity to pain after peripheral nerve injury, typically considered an indicator of glial activation after injury. Astrocytes detect neuronal activity and can release chemical transmitters, which in turn control synaptic activity. [48] [53] [54] In the past, hyperalgesia was thought to be modulated by the release of substance P and excitatory amino acids (EAA), such as glutamate, from the presynaptic afferent nerve terminals in the spinal cord dorsal horn. Subsequent activation of AMPA (α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole propionic acid), NMDA (N-methyl-D-aspartate) and kainate subtypes of ionotropic glutamate receptors follows. It is the activation of these receptors that potentiates the pain signal up the spinal cord. This idea, although true, is an oversimplification of pain transduction. A litany of other neurotransmitter and neuromodulators, such as calcitonin gene-related peptide (CGRP), adenosine triphosphate (ATP), brain-derived neurotrophic factor (BDNF), somatostatin, vasoactive intestinal peptide (VIP), galanin, and vasopressin are all synthesized and released in response to noxious stimuli. In addition to each of these regulatory factors, several other interactions between pain-transmitting neurons and other neurons in the dorsal horn have added impact on pain pathways.

Two states of persistent pain Edit

After persistent peripheral tissue damage there is a release of several factors from the injured tissue as well as in the spinal dorsal horn. These factors increase the responsiveness of the dorsal horn pain-projection neurons to ensuing stimuli, termed "spinal sensitization," thus amplifying the pain impulse to the brain. Release of glutamate, substance P, and calcitonin gene-related peptide (CGRP) mediates NMDAR activation (originally silent because it is plugged by Mg2+), thus aiding in depolarization of the postsynaptic pain-transmitting neurons (PTN). In addition, activation of IP3 signaling and MAPKs (mitogen-activated protein kinases) such as ERK and JNK, bring about an increase in the synthesis of inflammatory factors that alter glutamate transporter function. ERK also further activates AMPARs and NMDARs in neurons. Nociception is further sensitized by the association of ATP and substance P with their respective receptors (P2X3) and neurokinin 1 receptor (NK1R), as well as activation of metabotropic glutamate receptors and release of BDNF. Persistent presence of glutamate in the synapse eventually results in dysregulation of GLT1 and GLAST, crucial transporters of glutamate into astrocytes. Ongoing excitation can also induce ERK and JNK activation, resulting in release of several inflammatory factors.

As noxious pain is sustained, spinal sensitization creates transcriptional changes in the neurons of the dorsal horn that lead to altered function for extended periods. Mobilization of Ca 2+ from internal stores results from persistent synaptic activity and leads to the release of glutamate, ATP, tumor necrosis factor-α (TNF-α), interleukin 1β (IL-1β), IL-6, nitric oxide (NO), and prostaglandin E2 (PGE2). Activated astrocytes are also a source of matrix metalloproteinase 2 (MMP2), which induces pro-IL-1β cleavage and sustains astrocyte activation. In this chronic signaling pathway, p38 is activated as a result of IL-1β signaling, and there is a presence of chemokines that trigger their receptors to become active. In response to nerve damage, heat shock proteins (HSP) are released and can bind to their respective TLRs, leading to further activation.

Other pathologies Edit

Other clinically significant pathologies involving astrocytes include astrogliosis and astrocytopathy. Examples of these include multiple sclerosis, anti-AQP4+ neuromyelitis optica, Rasmussen's encephalitis, Alexander disease, and amyotrophic lateral sclerosis. [55] Studies have shown that astrocytes may be implied in neurodegenerative diseases, such as Alzheimer's disease, [56] [57] Parkinson's disease, [58] Huntington's disease, Stuttering [59] and amyotrophic lateral sclerosis, [60] and in acute brain injuries, such as intracerebral hemorrhage [61] and traumatic brain injury. [62]

A study performed in November 2010 and published March 2011, was done by a team of scientists from the University of Rochester and University of Colorado School of Medicine. They did an experiment to attempt to repair trauma to the Central Nervous System of an adult rat by replacing the glial cells. When the glial cells were injected into the injury of the adult rat's spinal cord, astrocytes were generated by exposing human glial precursor cells to bone morphogenetic protein (bone morphogenetic protein is important because it is considered to create tissue architecture throughout the body). So, with the bone protein and human glial cells combined, they promoted significant recovery of conscious foot placement, axonal growth, and obvious increases in neuronal survival in the spinal cord laminae. On the other hand, human glial precursor cells and astrocytes generated from these cells by being in contact with ciliary neurotrophic factors, failed to promote neuronal survival and support of axonal growth at the spot of the injury. [63]

One study done in Shanghai had two types of hippocampal neuronal cultures: In one culture, the neuron was grown from a layer of astrocytes and the other culture was not in contact with any astrocytes, but they were instead fed a glial conditioned medium (GCM), which inhibits the rapid growth of cultured astrocytes in the brains of rats in most cases. In their results they were able to see that astrocytes had a direct role in Long-term potentiation with the mixed culture (which is the culture that was grown from a layer of astrocytes) but not in GCM cultures. [64]

Studies have shown that astrocytes play an important function in the regulation of neural stem cells. Research from the Schepens Eye Research Institute at Harvard shows the human brain to abound in neural stem cells, which are kept in a dormant state by chemical signals (ephrin-A2 and ephrin-A3) from the astrocytes. The astrocytes are able to activate the stem cells to transform into working neurons by dampening the release of ephrin-A2 and ephrin-A3. [65]

In a study published in a 2011 issue of التكنولوجيا الحيوية الطبيعة [66] a group of researchers from the University of Wisconsin reports that it has been able to direct embryonic and induced human stem cells to become astrocytes.

A 2012 study [67] of the effects of marijuana on short-term memories found that THC activates CB1 receptors of astrocytes which cause receptors for AMPA to be removed from the membranes of associated neurons.

There are several different ways to classify astrocytes.

Lineage and antigenic phenotype Edit

These have been established by classic work by Raff et al. in early 1980s on Rat optic nerves.


شاهد الفيديو: خلايا شوان. الأحياء. فسيولوجيا الجهاز العصبي المتقدمة (ديسمبر 2022).