Purkinje celle - Purkinje cell

For cellene i hjertets elektriske ledningssystem , se Purkinje -fibre .
Purkinje -celle
PurkinjeCell.jpg
Tegning av due Purkinje -celler (A) av Santiago Ramon y Cajal
Detaljer
Uttale / P ɜːr k ɪ n dʒ i / Pur- KIN -jee
plassering Lillehjernen
Form flat dendrittisk arbor
Funksjon hemmende projeksjon nevron
Nevrotransmitter GABA
Presynaptiske forbindelser Parallelle fibre og klatrefibre
Postsynaptiske forbindelser Cerebellare dype kjerner
Identifikatorer
MeSH D011689
NeuroNames 365
NeuroLex ID sao471801888
TA98 A14.1.07.404
FMA 67969
Anatomiske termer for neuroanatomi

Purkinje -celler , eller Purkinje -nevroner , er en klasse av GABAergiske hemmende nevroner som ligger i lillehjernen . De er oppkalt etter oppdageren, den tsjekkiske anatom Jan Evangelista Purkyně , som preget cellene i 1839.

Struktur

Tverrsnitt av et cerebellar folium . (Purkinje -celle merket i midten øverst.)
Sølvflekk av lillehjernen som viser Purkinje -celler.
Purkinje -celler. Bielschowsky flekk .
Konfokalt mikroskopbilde av cerebellare Purkinje -celler som uttrykker tdTomato

Disse cellene er noen av de største nevronene i den menneskelige hjernen ( Betz -celler er de største), med en intrikat forseggjort dendrittisk arbor, preget av et stort antall dendritiske pigger . Purkinje -celler finnes i Purkinje -laget i lillehjernen . Purkinje -celler er justert som dominoer stablet foran hverandre. Deres store dendritiske arbors danner nesten todimensjonale lag som parallelle fibre fra de dypere lagene passerer gjennom. Disse parallelle fibrene gjør relativt svakere eksitatoriske ( glutamatergiske ) synapser til pigger i Purkinje -celledendritten, mens klatrefibre som stammer fra den dårligere olivarkjernen i medulla gir svært kraftig eksitatorisk inngang til de proksimale dendritene og cellesomaen. Parallelle fibre passerer ortogonalt gjennom Purkinje-nevronets dendrittiske arbor, med opptil 200 000 parallelle fibre som danner en Granule-cell-Purkinje-cellesynapse med en enkelt Purkinje-celle. Hver Purkinje -celle mottar omtrent 500 klatrefibersynapser, alle stammer fra en enkelt klatrefiber. Både kurv- og stellatceller (funnet i det lillehjernen molekylære laget ) gir inhiberende (GABAergic) inngang til Purkinje -cellen, med kurvceller som synapser på Purkinje -celleaksons initialsegment og stellatceller på dendritene.

Purkinje -celler sender hemmende projeksjoner til de dype cerebellare kjerner, og utgjør den eneste produksjonen av all motorisk koordinering i cerebellar cortex.

Molekylær

Det Purkinje lag av lillehjernen, som inneholder cellelegemer av Purkinje-celler og Bergmann glia , uttrykker et stort antall unike gener. Purkinje-spesifikke genmarkører ble også foreslått ved å sammenligne transkriptomet av mus som mangler Purkinje med mus av villtype. Et illustrerende eksempel er Purkinje -celleproteinet 4 ( PCP4 ) i knockout -mus , som viser nedsatt bevegelseslæring og markant endret synaptisk plastisitet i Purkinje -nevroner. PCP4 akselererer både assosiasjon og dissosiasjon av kalsium (Ca 2+ ) med calmodulin (CaM) i cytoplasmaet til Purkinje -celler, og fraværet svekker fysiologien til disse nevronene.

Utvikling

Embryonisk forskning hos pattedyr har beskrevet den neurogene opprinnelsen til Purkinje -celler. Under tidlig utvikling oppstår Purkinje -celler i ventrikkelsonen i nevralrøret, nervesystemets forløper i embryoet. Alle cerebellare nevroner stammer fra germinal neuroepithelia fra ventrikelsonen. Purkinje -celler genereres spesifikt fra forfedre i det ventrikkelneuroepitel i det embryonale lillehjernen primordium. De første cellene som genereres fra cerebellar primordium danner et hette over et diamantformet hulrom i hjernen som utvikler seg, kalt den fjerde ventrikkel som danner de to cerebellare halvkule. Purkinje-cellene som utvikler seg senere, er de fra lillehjernen s midtliggende del kalt vermis. De utvikler seg i cerebellar primordium som dekker den fjerde ventrikkel og under en fissurlignende region kalt isthmus i den utviklende hjernen. Purkinje -celler vandrer mot den ytre overflaten av cerebellar cortex og danner Purkinje -cellelaget.

Purkinje -celler blir født i de tidligste stadiene av cerebellar neurogenese. Neurogenin2, sammen med neurogenin1, uttrykkes forbigående i begrensede domener i ventrikkelneuroepitel i tidsvinduet for Purkinje-cellegenese. Dette romtidsmessige fordelingsmønsteret antyder at neurogeniner er involvert i spesifikasjonen av fenotypisk heterogene Purkinje-celleundergrupper, til syvende og sist ansvarlig for å konstruere rammen for cerebellar topografi.

Det er bevis hos mus og mennesker på at benmargsceller enten smelter sammen med eller genererer cerebellare Purkinje -celler, og det er mulig at beinmargsceller, enten ved direkte generering eller ved cellefusjon, kan spille en rolle i reparasjon av sentralnervesystemskade. Ytterligere bevis peker ennå på muligheten for en felles stamcelleforfader blant Purkinje -nevroner , B -lymfocytter og aldosteronproduserende celler i den humane binyrebarken .

Funksjon

Purkinje -celleproteinet 4 ( PCP4 ) er markant immunoreaktivt i Purkinje -cellene i det humane lillehjernen. Fra topp til bunn 40X, 100X og 200X mikroskopiske forstørrelser. Immunhistokjemien ble utført basert på publiserte metoder.
Mikrokrets av lillehjernen. Eksitatoriske synapser er betegnet med (+) og hemmende synapser med (-).
MF: Mosete fiber .
DCN: Dype cerebellare kjerner .
IO: dårligere oliven .
CF: Klatrefiber .
GC: Granulatcelle .
PF: Parallell fiber .
PC: Purkinje -celle.
GgC: Golgi -celle .
SC: Stellatcelle .
BC: Kurvcelle .

Purkinje -celler viser to forskjellige former for elektrofysiologisk aktivitet:

  • Enkle pigger oppstår med hastigheter på 17 - 150 Hz (Raman og Bean, 1999), enten spontant eller når Purkinje -celler aktiveres synaptisk av de parallelle fibrene, aksonene til granulatcellene.
  • Komplekse pigger er langsomme, 1–3 Hz pigger, preget av en innledende langvarig pigg med stor amplitude, etterfulgt av et høyfrekvent utbrudd av aksjonspotensialer med mindre amplitude. De er forårsaket av klatrefiberaktivering og kan innebære generering av kalsium-mediert virkningspotensial i dendritene. Etter kompleks piggaktivitet kan enkle pigger undertrykkes av den kraftige komplekse pigginngangen.

Purkinje-celler viser spontan elektrofysiologisk aktivitet i form av tog av pigger, både natriumavhengige og kalsiumavhengige. Dette ble opprinnelig vist av Rodolfo Llinas (Llinas og Hess (1977) og Llinas og Sugimori (1980)). Kalsiumkanaler av P-type ble oppkalt etter Purkinje-celler, der de opprinnelig ble oppdaget (Llinas et al. 1989), som er avgjørende for cerebellar-funksjon. Vi vet nå at aktivering av Purkinje -cellen ved å klatre i fibre kan flytte aktiviteten fra en stille tilstand til en spontant aktiv tilstand og omvendt, som fungerer som en slags vippebryter. Disse funnene har blitt utfordret av en studie som tyder på at slik veksling av klatrefibertilførsler hovedsakelig forekommer hos bedøvede dyr og at Purkinje-celler i våkne oppførende dyr generelt opererer nesten kontinuerlig i upstate. Men denne sistnevnte studien har selv blitt utfordret, og Purkinje -celleskift har siden blitt observert hos våkne katter. En beregningsmodell av Purkinje -cellen har vist at intracellulære kalsiumberegninger er ansvarlige for veksling.

Funn har antydet at Purkinje celledendritter frigjør endocannabinoider som forbigående kan nedregulere både eksitatoriske og hemmende synapser. Den indre aktivitetsmodusen til Purkinje-celler settes og kontrolleres av natrium-kaliumpumpen . Dette antyder at pumpen kanskje ikke bare er et homeostatisk , "husholdnings" molekyl for ioniske gradienter. I stedet kan det være et beregningselement i lillehjernen og hjernen. Faktisk en mutasjon i Na+
- K+
pumpe forårsaker hurtig dystoni -parkinsonisme; symptomene indikerer at det er en patologi for cerebellar beregning. Videre, ved hjelp av gift ouabain for å blokkere Na+
- K+
pumper i lillehjernen til en levende mus induserer ataksi og dystoni . Numerisk modellering av eksperimentelle data tyder på at in vivo Na+
- K+
pumpen produserer lange hvilende tegnsetting (>> 1 s) til Purkinje nevronfyring; disse kan ha en beregningsrolle. Alkohol hemmer Na+
- K+
 pumper i lillehjernen, og dette er sannsynlig hvordan det ødelegger cerebellarberegning og kroppskoordinering.

Klinisk signifikans

Hos mennesker kan Purkinje -celler bli skadet av en rekke årsaker: toksisk eksponering, f.eks. For alkohol eller litium; autoimmune sykdommer ; genetiske mutasjoner forårsaker spinocerebellar ataksi, gluten ataksi , Unverricht-Lundborg sykdom , eller autisme ; og nevrodegenerative sykdommer som ikke er kjent for å ha et genetisk grunnlag, for eksempel cerebellar -typen av multiple systematrofi eller sporadiske ataksier.

Glutenataksi er en autoimmun sykdom utløst av inntak av gluten . Døden til Purkinje -celler som følge av gluteneksponering er irreversibel. Tidlig diagnose og behandling med et glutenfritt kosthold kan forbedre ataksi og forhindre progresjon. Mindre enn 10% av mennesker med glutenataksi har et gastrointestinalt symptom, men omtrent 40% har tarmskader. Det står for 40% av ataksier av ukjent opprinnelse og 15% av alle ataksier.

Den nevrodegenerative sykdommen spinocerebellar ataksi type 1 (SCA1) er forårsaket av en ustabil polyglutamin -ekspansjon i Ataxin 1 -proteinet . Denne defekten i Ataxin 1 -protein forårsaker svekkelse av mitokondrier i Purkinje -celler, noe som fører til for tidlig degenerasjon av Purkinje -cellene. Som en konsekvens avtar motorisk koordinering, og til slutt oppstår døden.

Noen husdyr kan utvikle en tilstand der Purkinje -cellene begynner å atrofi kort tid etter fødselen, kalt cerebellar abiotrophy . Det kan føre til symptomer som ataksi , intensjonskjelvinger, hyperreaktivitet, mangel på trusselrefleks , stiv eller høy skrittgang, tilsynelatende mangel på bevissthet om fotposisjon (noen ganger stående eller gående med foten knekket over), og en generell manglende evne til å bestemme plass og avstand. En lignende tilstand kjent som cerebellar hypoplasia oppstår når Purkinje -celler ikke utvikler seg i livmoren eller dør før fødselen.

De genetiske tilstandene ataxia telangiectasia og Niemann Pick sykdom type C, samt essensiell tremor i lillehjernen , involverer det progressive tapet av Purkinje -celler. Ved Alzheimers sykdom ses noen ganger spinalpatologi, samt tap av dendritiske grener av Purkinje -cellene. Purkinje -celler kan også bli skadet av rabiesviruset når det vandrer fra infeksjonsstedet i periferien til sentralnervesystemet.

Etymologi

Purkinje -celler er oppkalt etter den tsjekkiske forskeren Jan Evangelista Purkyně, som oppdaget dem i 1839.

Referanser

Eksterne linker

Videre lesning