Subgranular zone - Subgranular zone

Den subgranular sonen (i rotte hjerne). (A) Regioner av dentat gyrus: hilus, subgranular zone (sgz), granule cell layer (GCL), and molecular layer (ML). Celler ble farget for dobbeltkortin (DCX), et protein uttrykt av nevronale forløperceller og umodne nevroner. (B) Nærbilde av subgranular sone, som ligger mellom hilus og GCL. Fra en artikkel av Charlotte A. Oomen, et al., 2009.

Den subgranular sonen ( SGZ ) er en hjerne region i hippocampus der neurogenesis voksen forekommer. Det andre hovedstedet for neurogenese hos voksne er den subventrikulære sonen (SVZ) i hjernen.

Struktur

Den subgranular sonen er et smalt lag av celler som ligger mellom granulatcellelaget og hilusene av den dentate gyrus . Dette laget er preget av flere typer celler, den mest fremtredende typen er nevrale stamceller (NSC) i forskjellige stadier av utvikling. I tillegg til NSC er det også astrocytter , endotelceller , blodkar og andre komponenter, som danner et mikromiljø som støtter NSC og regulerer spredning, migrasjon og differensiering. Oppdagelsen av dette komplekse mikromiljøet og dets avgjørende rolle i NSC-utvikling har ført til at noen har merket det som en neurogen "nisje" . Det blir også ofte referert til som en vaskulær eller angiogen nisje på grunn av viktigheten og utbredelsen av blodkarene i SGZ.

Nevrale stamceller og nevroner

Struktur og funksjoner i den neurogene nisje. Tilpasset fra et papir av Ilias Kazanis, et al., 2008.

Hjernen består av mange forskjellige typer nevroner , men SGZ genererer bare én type: granulceller - de primære eksitatoriske nevronene i tanngyrus (DG) - som antas å bidra til kognitive funksjoner som minne og læring . Progresjonen fra nevrale stamceller til granulatceller i SGZ kan beskrives ved å spore følgende avstamning av celletyper:

  1. Radiale gliaceller . Radiale gliaceller er en delmengde av astrocytter , som vanligvis betraktes som ikke-neuronale støtteceller. De radiale gliacellene i SGZ har cellelegemer som ligger i SGZ og vertikale (eller radiale) prosesser som strekker seg inn i DGs molekylære lag. Disse prosessene fungerer som et stillas hvorpå nydannede nevroner kan migrere den korte avstanden fra SGZ til granulatcellelaget. Radial glia er astrocytic i deres morfologi, deres ekspresjon av glial markører som GFAP , og deres funksjon i regulering NSC mikromiljøet. Imidlertid fungerer de, i motsetning til de fleste astrocytter, også som neurogene stamfarer; faktisk blir de ansett som de nevrale stamcellene som gir opphav til påfølgende neuronale forløperceller. Studier har vist at radiell glia i SGZ uttrykker nestin og Sox2 , biomarkører assosiert med nevrale stamceller, og at isolert radial glia kan generere nye nevroner in vitro . Radiale gliaceller deler ofte asymmetrisk , og produserer en ny stamcelle og en neuronal forløpercelle per divisjon. Dermed har de kapasiteten til selvfornyelse, slik at de kan opprettholde stamcellepopulasjonen mens de samtidig produserer de påfølgende neuronale forløperne kjent som forbigående forsterkende celler.
  2. Forbigående forsterkende stamceller . Forbigående amplifiserende (eller transitt-amplifiserende) stamceller er sterkt proliferative celler som ofte deler og formerer seg via mitose , og dermed "forsterker" bassenget av tilgjengelige forløperceller. De representerer begynnelsen på et overgangsstadium i NSC-utvikling der NSC begynner å miste glialegenskapene og antar flere neuronale trekk. For eksempel kan celler i denne kategorien i utgangspunktet uttrykke glialmarkører som GFAP og stamcellemarkører som nestin og Sox2, men til slutt mister de disse egenskapene og begynner å uttrykke markører som er spesifikke for granulaceller som NeuroD og Prox1 . Det antas at dannelsen av disse cellene representerer et skjebnevalg i nevrale stamcelleutvikling.
  3. Neuroblaster . Neuroblaster representerer den siste fasen av forløpercelleutvikling før celler går ut av cellesyklusen og antar deres identitet som nevroner. Spredning av disse cellene er mer begrenset, selv om cerebral iskemi kan indusere spredning på dette stadiet.
  4. Postmitotiske nevroner. På dette punktet, etter å ha gått ut av cellesyklusen, betraktes celler som umodne nevroner. Det store flertallet av postmitotiske nevroner gjennomgår apoptose , eller celledød. De få som overlever begynner å utvikle morfologien til hippocampusgranulatceller, preget av utvidelse av dendritter til DGs molekylære lag og veksten av axoner inn i CA3-regionen, og deretter dannelsen av synaptiske forbindelser. Postmitotiske nevroner passerer også gjennom en sen modningsfase preget av økt synaptisk plastisitet og redusert terskel for langtidspotensiering . Til slutt blir nevronene integrert i hippocampus-kretsløpet som fullmodne granulaceller.

Astrocytter

To hovedtyper av astrocytter finnes i SGZ: radiale astrocytter og horisontale astrocytter. Radiale astrocytter er synonyme med de radiale gliacellene som er beskrevet tidligere og spiller to roller som både gliaceller og neurale stamceller. Det er ikke klart om individuelle radiale astrocytter kan spille begge roller, eller bare visse radiale astrocytter kan gi NSC-er. Horisontale astrocytter har ikke radiale prosesser; i stedet utvider de prosessene horisontalt, parallelt med grensen mellom hilusene og SGZ. Videre ser de ikke ut til å generere nevronale stamfedre. Fordi astrocytter er i nærkontakt med mange av de andre cellene i SGZ, er de velegnet til å fungere som sensoriske og regulatoriske kanaler i nevrogenogenese.

Endotelceller og blodkar

Endotelceller , som strekker blodårene i SGZ, er en kritisk komponent i reguleringen av stamcellens selvfornyelse og neurogenese. Disse cellene, som ligger i nærheten av klynger av prolifererende neurogene celler, gir festepunkter for neurogene celler og frigjør diffusible signaler som vaskulær endotelvekstfaktor (VEGF) som hjelper til med å indusere både angiogenese og neurogenese. Faktisk har studier vist at nevrogenese og angiogenese deler flere vanlige signalveier , noe som antyder at neurogene celler og endotelceller i SGZ har en gjensidig effekt på hverandre. Blodkar bærer hormoner og andre molekyler som virker på cellene i SGZ for å regulere neurogenese og angiogenese.

Hippocampus neurogenese

SGZs hovedfunksjon er å utføre hippocampus-neurogenese, prosessen der nye nevroner blir avlet og funksjonelt integrert i det granulære cellelaget i tandlegyren. I motsetning til lang tro, forekommer nevrogenese i SGZ ikke bare under prenatal utvikling, men gjennom voksenlivet hos de fleste pattedyr, inkludert mennesker.

Regulering av nevrogenese

Selvfornyelse, skjebnevalg, spredning, migrasjon og differensiering av nevrale stamceller i SGZ reguleres av mange signalmolekyler i SGZ, inkludert flere nevrotransmittere . For eksempel er Notch et signalprotein som regulerer skjebnenes valg, og holder vanligvis stamceller i en tilstand av selvfornyelse. Neurotrofiner som hjerneavledet nevrotrofisk faktor (BDNF) og nervevekstfaktor (NGF) er også til stede i SGZ og antas å påvirke neurogenesen, selv om de nøyaktige mekanismene er uklare. Wnt- og beinmorfogent protein (BMP) signalering er også neurogeneseregulatorer, så vel som klassiske nevrotransmittere som glutamat , GABA , dopamin og serotonin . Nevrogenese i SGZ påvirkes også av ulike miljøfaktorer som alder og stress . Aldersrelatert reduksjon i frekvensen av neurogenese observeres konsekvent i både laboratoriet og klinikken, men den mest potente miljøhemmeren av neurogenese i SGZ er stress. Stressfaktorer som søvnmangel og psykososialt stress induserer frigjøring av glukokortikoider fra binyrebarken i sirkulasjon, noe som hemmer nervecelleproliferasjon, overlevelse og differensiering. Det er eksperimentelt bevis for at stressindusert reduksjon i nevrogenese kan motvirkes med antidepressiva. Andre miljøfaktorer som fysisk trening og kontinuerlig læring kan også ha en positiv effekt på neurogenesen, og stimulere celleproliferasjon til tross for økte nivåer av glukokortikoider i omløp.

Roll i hukommelse og læring

Det er et gjensidig forhold mellom neurogenese i SGZ og læring og minne , spesielt romlig minne. På den ene siden kan høye nivåer av neurogenese øke minneevnen. For eksempel kan den høye graden av nevrogenese og nevronomsetningen hos unge dyr være årsaken bak deres evne til raskt å skaffe seg nye minner og lære nye oppgaver. Det er en hypotese om at konstant dannelse av nye nevroner er grunnen til at nyervervede minner har et tidsmessig aspekt. På den annen side har læring, særlig romlig læring, som avhenger av hippocampus, en positiv effekt på celleoverlevelse og induserer celleproliferasjon gjennom økt synaptisk aktivitet og frigjøring av nevrotransmitter. Selv om det må gjøres mer arbeid for å størkne forholdet mellom hippocampus neurogenese og hukommelse, er det tydelig fra tilfeller av hippocampal degenerasjon at neurogenesis er nødvendig for at hjernen skal takle endringer i det ytre miljøet og for å produsere nye minner i en tid riktig måte.

Klinisk signifikans

Det er mange nevrologiske sykdommer og lidelser som viser endringer i neurogenese i SGZ. Imidlertid er mekanismene og betydningen av disse endringene fortsatt ikke fullstendig forstått. For eksempel viser pasienter med Parkinsons sykdom og Alzheimers sykdom generelt en reduksjon i celleproliferasjon, som forventes. Imidlertid viser de som opplever epilepsi , hjerneslag eller betennelse økt neurogenese, mulig bevis på hjernens forsøk på å reparere seg selv. Videre definisjon av mekanismene og konsekvensene av disse endringene kan føre til nye terapier for disse nevrologiske lidelsene. Innsikt i neurogenese i SGZ kan også gi ledetråder for å forstå de underliggende mekanismene for kreft, siden kreftceller viser mange av de samme egenskapene til udifferensierte, spredende forløperceller i SGZ. Separasjon av forløperceller fra reguleringsmiljøet til SGZ kan være en faktor i dannelsen av kreftsvulster.

Se også

Referanser

Eksterne linker