Glia fiziológia Gliális neurotranszmitter transzporterek
Glutamát transzporterek asztrocitákban
EAA- Excitatory Amino Acid Transporter (EAAT) család
GLAST asztroglia, radiális glián (EAAT1) GLT1 (EAAT2) főleg asztroglia, de bizonyos neuronokon is EAAC1 (EAAT3) érett neuronok EAAT4 Purkinje sejtek, GABA-erg interneuronok, retina EAAT5 retina bipoláris és fotoreceptor sejtjei
GLAST: Glutamate Aspartate Transporter GLT1: Glutamate Transporter 1 EAAC1: Excitatory Amino Acid Carrier 1
[Glu]EC: 2-5 uM (ez megnő persze neuron-tüzeléskor) [Glu]IC: 1-10 mM
tehát Glu eltávolítás nagy koncentráció-gradienssel szemben kell, hogy történjen ! („uphill” translocation) Glia fiziológia Gliális neurotranszmitter transzporterek
Glutamát transzporterek asztrocitákban
be: 1 Glu-, 3 Na+, 1H+ glia ki: 1 K+ ionok koncentráció- gradiensük szerint mozognak
alacsony Na+ic fenntartása kritikus a Glutamát elektrogén a transzporter mert uptake szempontjából !!! befelé irányuló áram van és deploarizáció: a benti + töltés tovább segíti a – glutamát felvételét Glia fiziológia Gliális neurotranszmitter transzporterek
Glutamát transzporterek asztrocitákban
Glutamát: sokféle ionmozgást okoz asztroban
be: 1Glu- AMPAR aktiváció: 3Na+, 1H+ be: Na+ ki: K+
1. Na+/K+ pumpa eredmény: net Na+ influx 2. Na+/Ca++ exchanger Na+ ~5mM 20-30 mM-ra nő ki: Na+ be: K+ ic (NCX) gyors megfordulása: energiaigényes és ki: Na+ be: Ca++ !!! lassabb ezt ellensúlyozza 1. és 2. Glia fiziológia Gliális neurotranszmitter transzporterek
Glutamát transzporterek asztrocitákban
alacsony Na+ic fenntartása glutamát transzport a Na+/K+ kritikus a Glutamát pumpa működése miatt energiagényes : uptake szempontjából !! 1 glu = 1.5 ATP
ha asztro energiája kevés és Na+/K+ homeosztázis felborul asztro nem tud glutamátot eltávolítani
sőt !!! ilyenkor a transzporter működése meg is fordulhat de NCX „reverz” módja javíthat a helyzeten ! ki: Na+ be: Ca++ (asztrocitán relatíve magas excitotoxicitás denzitásban van NCX) Glia fiziológia Gliális neurotranszmitter transzporterek
GABA transzporterek asztrocitákban
nem annyira fontosak asztroban mint glutamát-transzporterek, mert a GABA neuronális visszavétele sokkal nagyobb mértékű, mint glutamáté
GABA transporter type 1 (GAT1) mindhárom van asztroban GABA transporter type 2 (GAT2) - HC, cortex asztroban főleg GAT3 GABA transporter type 3 (GAT3) - Bergmann gliában GAT1
http://www.csupomona.edu/~seskandari/ Glia fiziológia Gliális neurotranszmitter transzporterek
GABA transzporterek asztrocitákban glia
be: 1 GABA és 2 Na+ Na+ elektrokémiai gradiense szerint
- GABAA akitvációra neuronba Cl- influx és hiperpolarizáció - - gliában GABAA akitváció: Cl efflux és depolarizáció Glia fiziológia Gliális neurotranszmitter transzporterek
Glycin transzporterek asztrocitákban Glycin: - gátló neurotranszmitter főleg gerincvelőben, agytörzsben, retinában - ugyanakkor glutamát ko-agonistája NMDA receptorokon: serkentő NT
GlyT1 transzporter: GlyT2 transzporter: asztrocitákon főleg neuronokon be: 1 glycin, 2Na+, 1 Cl- be: 1 glycin, 3Na+, 1 Cl-
Gliális GlyT1 reverzál potenciálja nagyon közel van a nyugalmi membrán- potenciáljához: kis depolarizációra könnyen megfordulhat: nem vezikuláris gly release Eulenburg 2005 Glia fiziológia Gliális neurotranszmitter transzporterek
Glycin transzporterek asztrocitákban
glycinerg
Eulenburg 2005 hiperpolarizáció Localization and proposed functions of GlyTs at excitatory and inhibitory synapses. At inhibitory synapses, glycine release from the presynaptic terminal activates postsynaptic GlyRs and thereby induces ClK influx – hyperpolarization – of the postsynaptic cell. At excitatory glutamatergic synapses, glycine acts as an essential co-agonist of postsynaptic NMDARs, whereas neighbouring glutamate receptors of the a-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole- propionic-acid receptor (AMPAR) subtype require only glutamate for channel activation. Here, glycine might be derived from neighbouring glycinergic terminals or even be released from astrocytes via non-vesicular mechanisms (e.g. reverse transport by GlyT1). GlyT2 is localized in the presynaptic plasma membrane of glycinergic neurons and transports glycine into the terminal, thereby enabling the refilling of synaptic vesicles with glycine by the HC- dependent vesicular inhibitory amino acid transporter (VIAAT). GlyT1 is mainly expressed by glia cells surrounding both inhibitory and excitatory synapses. In addition, GlyT1 has been found on terminals of some excitatory neurons. Thus, GlyT1 mediates the clearance of glycine from the synaptic cleft of inhibitory synapses and, in addition, participates in the regulation of the glycine concentrations at excitatory synapses. Glia fiziológia Gliális neurotranszmitter transzporterek
Egyéb transzporterek asztrocitákban
- sokféle más transzporter is lehet asztroban – attól függ, milyen neuron szomszédja !
dopamin – transzporterek asztro monoamin-szint norepinephrine - transzporterek szabályozásban betöltött szerepe szerotonin – transzporterek még elég kérdéses ???? hisztamin – transzporterek taurin – transzporterek (forward-uptake vagy reverse-release)
Taurine = 2-aminoethanesulfonic acid, nem ionos ozmolit, szerves sav
Taurine has many fundamental biological roles such as conjugation of bile acids, antioxidation, osmoregulation, membrane stabilization and modulation of calcium signaling. It is essential for cardiovascular function, and development and function of skeletal muscle, the retina and the
DIDS: 4,4'- central nervous system. diisothiocyanostilbene-2,2'- disulfonic acid http://www2.imbf.ku.dk/CellSignalling/IHLambert/ Ozmolitikumok („osmolytes”): Osmolalitás: szárazanyag- koncentráció / kg víz - elektrolitok, melyek magas koncentrációban Osmolaritás: szárazanyag- vannak jelen a citoszolban és ec. térben: pl. koncentráció / l víz + + - Na , K , Cl Osmotikus nyomás: szérum, - kis szerves molekulák: aminosavak és emlős sejt: származékaik (taurine, glutamate, glycine, GABA 300 mOsm/kg (szűk határok, and N-acetylaspartate) 275-310 mOsm/kg) - polyalkoholok (myoinositol, sorbitol) - aminok (glycerophosphoryl choline, betaine, creatine/P-creatine and phosphoethanolamine)
Az agyban a legfontosabbak: - glutamate, myo-inositol, creatine, taurine és N-acetylaspartate - glutamate van a legnagyobb koncentrációban ezek között - taurine a rágcsáló agyban nagy koncentrációjú, de macska vagy emberi agyban szintje alacsonyabb (ezekben a fajokban a szintézise csak kismértékű) Glia fiziológia Glia eredetű neuropeptidek - minden glia-típus képes termelésükre erősen régió-specifikusan és a fejlődés során változó módon - neuropeptid release: mechanizmus még elég tisztázatlan pl. asztro opioid termelése : osztódás és dendritnövekedés szab. pl. asztro ANP és angitoenzin
termelése: agyi víz Verkhratsky Butt 2007 homeosztázis szabályozása pl. asztro VIP termelése: agyi mikrocirkuláció szab. pl. ONEC sejt NPY termelése: axonnövekedés
szabályozása olf. bulbusba Glia fiziológia Neurotophinok neuronális fejlődést, túlélést, funkcionálást támogatják Glia eredetű NGF (nerve growth factor) növekedési BDNF (brain derived neurotrophic factor) faktorok NT-3, NT4 (neurotrophinok)
Fiziológiás hatások Patológiás hatások neuronális differenciáció neuronális regeneráció fejlődés repair növekedés migráció pathfinding szinaptogenezis szinaptikus remodelling Főleg asztrociták termelnek sokféle növekedési faktort
ODG kevesebbet – de pl. netrin-1-et igen (ezt asztro nem expresszálja) – axon pathfinding Glia fiziológia I. Gliotranszmisszió
Csatornák, receptorok Kapcsoltság, Ca++ Gliotranszmitterek Ioncsatornák Kapcsoltság Nem – vezikuláris release
Aquaporinok Glia szincícium/network Vezikuláris release
Neurotransz Gap junctions Transzporterek, egyéb mitter/neuro glia eredetű faktorok modulátor Hemichannels receptorok Gliális neurotranszmitter Asztro network transzporterek Glutamát receptorok térbeli/időbeli szabályozása Glutamát transzporterek GABA receptorok Gliális Ca++, GABA transzporterek Purinoreceptorok Ca++ hullámok Glycin transzporterek Endotelin receptorok Egyéb transzporterek Ozmolitikumok Citokin és kemokin receptorok Glia eredetű neuropeptidek Komplement Glia eredetű rendszer növekedési faktorok Glia fiziológia II.
Agyi homeosztázis szabályozása
Ion-homeosztázis az extracelluláris térben
„K+ spatial buffering” [Glu]ec szabályozása Retina, K+ siphoning Ammónia Extracellular space [GABA]ec szabályozása Cl- homeosztázis Víz - homeosztázis Ca++ homeosztázis szabályozása
pH szabályozás Swelling AsztroGlia fiziológia Ion-homeosztázis az extracelluláris térben
A fő ion-transzport rendszerek asztrocitákban
3.előadás ODC-nél tárgyaltuk Please recall your memories on neuronal firing….
…in about 1865 the first recordings of the time course of the action potential were made.. (ideg-izom prepik)… AsztroGlia fiziológia Ion-homeosztázis az extracelluláris térben
Intra- + + Extracelluláris celluláris K ic: ~100-140 mM K ec: ~2-2,5 mM + + agyi környezet Na ic: <10 mM Na ec: ~130 mM ++ ++ Ca ic: <0,0001 mM Ca ec: ~1.5-2 mM - - Cl ic: ~30-40 mM (glia) Cl ec: ~100 mM - Cl ic: ~2-10 mM (neuron) Neuronok: Na+, Ca++ influx: depolarizáció K+ efflux: repolarizáció Glia ! Neuron is ! EC térben relatíve alacsony a K+ spatial [K+], kicsi a térfogat - kis K+ Klorid- Na+/K+ATPáz redistribution release is nagy változást okoz kapcsolt K+ uptake Ha EC térben [K+] magas a K+ efflux lassul, repolarizáció nem tökéletes K+ -t el kell távolítani !! neuron depolarizált lesz, Na+ ec csatornák inaktiválódnak „conduction block” AsztroGlia fiziológia „K+ spatial buffering” K+ térbeli pufferelés
1960, Stephen William Kuffler - piócából asztrocitát izolál + K+ - glia is elektromos választ ad -neuronális aktivitást glia érzékeli:
1966, Orkand RK, Nicholls JG, Kuffler SW Effect of nerve impulses on the membrane potential of glial cells in the central nervous system of Amphibia. J Neurophysiol 29:788–806.
nervus opticus stimuláció a nem mielinált axonok körüli gliában lassú de- és repolarizáció később extracelluláris mező-potenciál mérések és
aktivitás-függő [K+]ec mérések optikai imaging agyszeleteken (intrinsic optic signals (IOS), ec. tér zsugorodása/tágulása) AsztroGlia fiziológia „K+ spatial buffering”
-K+ec általában, normál fiziológiai aktivitás esetén ritkán nő 0,2-0,4 mM-nál többel
-K+ec macska gerincvelőben a könyökízület ritmikus mozgatásakor (intenzív, de még fiziológiás neuronális aktivitás esetén) : 2-2.5 mM –ról → 4-4.2 mM -ra nő
- ugyanakkor lokálisan, a szinapszisban és környékén ez a növekedés SOKKAL magasabb lehet: nagyon hatékony az eltávolítás mechanizmusa
- epilepszia esetén ez az eltávolító-rendszer hibás lehet → K+ dyshomeostasis: Kofuji and Newman, 2004
K+ec =10-12 mM is lehet roham esetén
- ischemia esetén K+ dyshomeostasis: K+ec =50-60 mM – ra is megnőhet
„K+ spatial buffering” 1. K+ feszültségfüggő csatornákon át távozik neuronból
2. normális esetben ennek nagy részét a sejt visszaveszi a 5. 3Na/2K ATPáz ionpumpával
3. a többlet K+ -ot a glia veszi fel szintén a 3Na/2K ATPáz révén 6. illetve elektrokémiai gradiens
mentén K+ csatornákon (Kir) át. Ekkor Cl- is kotranszportálódik, hogy fennmaradjon az 4. ionegyensúly. Ezúton a lecsökkent ec Na+ is pótlódik.
4. a K+ többlet a réskapcsolatokon át szétterjed a glia-hálózatban
5. K+ csatornákon át leadódik az 1. 3. intersticiális térbe (spatial buffering) vagy a perikapilláris térbe (siphoning) 2. 6. a perikapilláris térből endotélsejtek a 3Na/2K ATPase pumpa segítségével felveszik és a kapillárisba üríthetik http://archimede.bibl.ulaval.ca/archimede/fichiers/25580/ch05.html + „K+ spatial Gliasejtek szerepe a [K ]ec homeosztázisban buffering” A gliasejtek membrán- potenciálja kb. −90 mV ami a nagyon hasonló a K+ ekvilibrium potenciálhoz.
+ + A) Lokális K uptake. Amikor a [K ]ec nő, a gliasejtek K+-t akkumulálnak főleg Na/K–ATPase + - + (vagy K /Cl kotranszporterek) révén. A gliális Na/K pumpák 10-15mM [K ]ec körül telítődnek (a + + neuronálisok már 3mM-nál). A lokális K uptake eléggé limitált, mert az [K ]ic növekedése víz influxot és duzzadást okoz. + + B) K spatial buffering. Lokális [K ]ec növekedés depolarizációt okoz, mely elektromos/kémiai gradienst képez az adott sejt és a szomszédos, kapcsolt asztociták között. Emiatt a K+ + + diffúzióval tovaterjed a hálózaton belül. K uptake: főleg Kir4.1 K csatornák: ezek – bár inward + + rectifying csatornák – megengedik a K effluxot is: a K leadása is ezeken át történik. A Kir + + csatornák konduktanciáját a K ionok direkt regulálják: a konduktancia négyzetesen nő a [K ]ec növekedésével. AsztroGlia fiziológia „K+ spatial buffering”
Orellana 2010
Role of astroglial gap junction communication in K+ spatial buffering and the tripartite chemical synapse. Glutamate released from presynaptic neurons (1) binds to ionotropic glutamate receptors, triggering a postsynaptic potential in the postsynaptic neuron and promoting the K+ release (2) during repolarization that is more prominent if action potentials are elicited (Box, enlarged in the right inset). Astrocytes surrounding the synapses take up glutamate (3) through EAAT1 and EAAT2 transporters. During high rates of neuronal activity, K+ accumulates in the extracellular space, and then is taken up by astrocytes (4) through at least inwardly rectifying potassium channels and Na+/K+-pumps. K+ that accumulates inside astrocytes diffuses to neighboring astrocytes (5a to 5b, follow arrows in astrocytes at the bottom) and oligodendrocytes (6) via gap junction channels, a process termed “spatial buffering”. Spatial buffering is contributed to by depolarization in regions of K+ accumulation; the increased positivity causes a current to flow out through membrane that is less depolarized. This outward flow is carried by K+, which is also the major charge carrier in the cytoplasm. Similarly, glutamate taken up by astrocytes diffuses (7a to 7b, follow arrows in astrocytes at the top) to neighboring astrocytes through gap junction channels. The glutamate is metabolized to glutamine (8) by glutamine synthetase and released to the extracellular milieu from which it is taken up by neurons (9) (Box, enlarged in the left inset). In neurons, glutamine is transformed to the neurotransmitter, glutamate (or GABA) (10). AsztroGlia fiziológia Extracellular space Neuronális aktivitás akár 30% ec. tér Régóta ismert: szinaptikus aktivitás az EC tér zsugorodásával is jár ! zsugorodást pl.: okozhat – glia duzzadás miatt !
TMA mérések
intrinsic optical signal (IOS) időbeli lefutása neuronális stimuláció hatására agyszeletben piros:nő, kék: csökken – ez ec. tér zsugorodásával - szélesedésével függ össze
Kofuji,Newman 2004 „The IOS is a small change in the absorption (or reflection) of light that occurs in neuronal tissue when neurons are activated.” AsztroGlia fiziológia Extracellular space
[K]o + IOS Intrinsic optikai szignál (IOS) intenzitása és az [K ]ec valamint az ec tér térfogat- változásai közötti öszefüggés.
A) IOS a neocortexben, 4 másodperccel a VI réteg- beli stimuláció (2s, 50Hz train) után. A görbék az + [K ]ec mutatják a különböző kérgi rétegekben. Maximum a IV. rétegben. A szaggatott vonal az alap + [K ]ec =3mM – t mutatja, ez kb 10 mM-ra nő. Nyíl:stimuláció kezdete. IOS B) IOS 4 másodperccel a stimuláció kezdete után. A görbék itt az ec tér térfogatváltozását (shrinkage!) mutatják a különböző kortikális rétegekben. Nyíl:stimuláció kezdete.
ec.térfogat mérések: (TMA+) tetramethylammonium EC térfogat diffúzió mérése csökkenése TMA szelektív Witte 2001 ec.tér Nicholson, Eva Sykova 1998 microelektóddal AsztroGlia fiziológia Extracellular space
EC tér (ECS) (fixálás miatt zsugorodás) Diffúziót szabályozó tényezők az EC térben. a=volume fraction, l=tortuosity (l tekervényesség, labirintus-faktor) a – geometria b – holt tér (átmeneti megrekedés) c – akadály (intersticiális viszkozitás, D = diffúziós állandó vízben mátrixmolekulák) D*= diffúziós állandó ECS-ben d – kikötődés falhoz, receptorhoz, quantum dot nanokristályok: ECS átlagos mátrixhoz – vagy uptake szélessége in vivo patkány cortexben: ~38 - 64 nm e - töltés Sykova, Nicholson 2008 AsztroGlia fiziológia Extracellular space
ECS mérés módszerei Radiotracerek
-kamrai injektálás, [3H]mannitol, [14C]- [3H]sucrose [14C]- [3H]inulin - 3-5 órás diffúzió, utána fixálás blokkok kimetszése, előhívása
Real-time iontofophoresis technique (RTI)
- iontoforetikus és ion-szelektív mikroelektródok (ISM) párosítása (lehet 2 pár is, x-y, x-z) - az elektródok kihúzva az agarban kontroll méréseket csinálnak - RTI-TMA: ha tetramethylammonium diffúziót mérünk
Real-time pressure ejection technique (RTP)
- kis térfogatok beinjektálása az agyszövetbe
Sykova, Nicholson 2008 AsztroGlia fiziológia Extracellular space
Integrative optical imaging (IOI) és RTI-TMA
k’= rate constant 0,012/second
a TMA 1,2%-a szállítódik az adott útvonalon másodpercenként
- fluoreszcens molekulák injektálása (pressure) - ÉS TMA iontoforézis ugyanazon a setup-on, szimultán !
Pl. dopamin, serotonin stb. is alkalmas mérésre spec. elektródokkal Sykova, Nicholson 2008 AsztroGlia fiziológia Extracellular space IOI measurements in vivo 3 kDa dextran
Quatum dot
Sykova, Nicholson 2008 AsztroGlia fiziológia Extracellular space
Sykova, Nicholson 2008 Hypoxia: EC térfogat csökken (kisebb a)
normal
disease
2008 Nicholson Sykova, Inward rectifier kálium AsztroGlia fiziológia „K+ spatial buffering” csatornák (Kir) nagy Térbeli K+ pufferelés a gliasejtek nagy K+ denzitásban és lokalizáltan a permeabilitásától és a glia hálózattól függ glián (pl Kir4.1) periszinaptikusan és perikapilláris területeken.
AQP4 és Cx43 együttműködése: primer asztro tenyészet: AQP4 knockdown (siRNS) Cx43 down- regulációt okozott és a kapcsoltság csökkent (Nicchia 2005).
Kir4.1 és AQP4: kolokalizáció, ko-immunprecipitáció és molekuláris kölcsönhatások !! Szoros kapcsolat ! Benfenati and Ferroni, 2010 AsztroGlia fiziológia „K+ spatial buffering” - epilepszia esetén a K+ eltávolítórendszer hibás lehet → K+ dyshomeostasis:
K+ec =10-12 mM is lehet roham esetén
Extracell [K+] mérése
egy mérés
- glia-specifikus Kir4.1 deléció - HC stratum radiatum szinaptikus aktiválás - ec. K+ konc. mérése ionszenzitív elektróddal sok mérés - eredmény: ec. K+ eltávolítás késleltetett AsztroGlia fiziológia Retina, K+ siphoning
IPL
Retina szerkezete subretinal SRS space
http://www.bem.fi/book/28/28.htm AsztroGlia fiziológia Retina, K+ siphoning SRS IPL
The cells of the retina and their response to a spot light flash. The photoreceptors are the rods and cones in which a negative receptor potential is elicited. This drives the bipolar cell to become either depolarized or hyperpolarized. The amacrine cell has a negative feedback effect. The ganglion cell fires an action pulse so that the resulting spike train is proportional to the light stimulus level. ELECTRORETINOGRAM http://www.bem.fi/book/28/28.htm + Pigment epitélium tartja alacsonyan itt a K ec-t Retina, K+ siphoning
1980’s, Eric Newman ez a fotoreceptor subretinal space stimuláció után a 1. K+ ürül az IPL (inner pigment epitélium plexiform layer)-ből hatása neuronális stimulációra
2. K+ bekerül a Müller gliába
3. K+ a Müller gliából főleg az erekbe és az üvegtestbe jut a végtalpakon keresztül
4. A fény által indukált ec. [K+] csökkenés a szubretinális térben K+ kiáramláshoz vezet a IPL: legtöbb Müller gliából szinapszis itt van a retinán belül
Müller sejten belül a K+ konduktancia 94%-a ide
koncentrálódik ! Kir csatornák itt ! Newman 1996 „K+ reservoir” üvegtest + + AsztroGlia fiziológia K ic: ~100-140 mM K ec: ~2-2,5 mM + + Na ic: <10 mM Na ec: ~130 mM ++ ++ Ca ic: <0,0001 mM Ca ec: ~1.5-2 mM - - Cl ic: ~30-40 mM (glia) Cl ec: ~100 mM - Cl ic: ~2-10 mM (neuron)
Cl- homeosztázis
- anion-csatornák nyitásán át Cl- efflux gliából (pl. hipozmotikus stressz esetén) - vagy Na+/K+/2Cl- kotranszporter segítségével asztro akkumulálhat is kloridot
Ca++ homeosztázis
++ ++ - neuronális aktivitáskor neuron Ca -t akkumulál, ekkor [Ca ]ec leesik 1 mM alá
++ - ha [Ca ]ec alacsony, akkor neurotranszmisszió gátlódhat
++ ++ ++ - ha [Ca ]ec 0,5 mM alá esik gliális Ca raktárból (ER, IP3) Ca felszabadulás plazmamembrán Ca++ pumpán vagy Na+/Ca++ exchanger-en keresztül Ca++ ++ release [Ca ]ec helyreáll
++ - ischemia esetén [Ca ]ec 0,01-0,1 mM is lehet AsztroGlia fiziológia pH szabályozás
- intracelluláris pH = 6.8 - 7.5 - extracelluláris pH = 7.1 - 7.3 neuronban, gliában is + [H+] = ~50 nM [H ]ic = ~30-160 nM ec
- pontos EC pH szabályzás nagyon fontos !
mert például: - pH = 7 alatt NMDAR működése gátlódik - savanyodás proton-szenzitív kation-csatornákat aktiválhat (ezek: ASIC=acid-sensitive ion channels)
- neuronális működés CO2 termeléssel jár – ami H+ termeléssel jár − + CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ HCO3 + H - emelett a neuronok H+-t ürítenek is: szinaptikus vezikulák pH-ja = 5.6
- ezekkel a folyamatokkal részben a gliális bikarbonát és proton transzporterek tartanak egyensúlyt - Na+/HCO3- kotranszporter (NBC) fontos: mindkét irányban működhet ! Siegel GJ, Agranoff BW, Albers RW, et al., editors. 1999
-
Glu transz Glu porterek
glutamin sönt - glutamin ciklus glutamin
-
1 mM 1 - ~50uM glutamát IC glutamine synthase [Glu] koncentráció szabályozása koncentráció
ec
~1uM [Glu] EC ~100 mM ~100 IV [Glu]
[Glu]
10 mM 10 - ~1 IC Glia fiziológia [Glu]
glutaminase
Neuronális glutaminsav reciklizálása: glutamát reciklizálása: glutaminsav Neuronális Asztro AsztroGlia fiziológia [Glu]ec koncentráció szabályozása Serkentő (glutamaterg) szinapszis
GLNase
Bak 2006 tricarboxylic acid cycle (TCA cycle; Krebs cycle; citric acid cycle) - szabad ammónia keletkezik neuronban Ammónia
- hiperammonémia veszélyes lehet (gliózis, ödéma, ischemiás encephalopátia, felborult Glu/Gln ciklus)
- agy ammónia ürítésének fő útja: gliális GS révén gyártott Gln leadása a vérbe
Akkumulált Gln ozmotikus hatása miatt asztro duzzadás
SIRS: systemic inflammatory response syndrome AsztroGlia fiziológia [Glu]ec koncentráció szabályozása
-ha Gln[EC] olyan magas, hogy a neuronális Gln felvétel telített, akkor a gliális glutamin leadás gátlódik a „system N” transzport megfordulásával
„System N”: Gln transz- gliális Gln porterek leadás/felvétel („Na+-glutamine symporter and a H+ anti- porter, sodium- dependent, yet electroneutral”
„System A” transzporter: neuronális Gln felvétel („concentrative, sodium- dependent and electrogenic”)
„System L” : aminosav antiporter, Na+independent, gliális Gln ürítés és nem-neuroaktív aminosavakba (pl. Leu, Ala) „csomagolt “ammónia felvétele (aminosav shuttle) Gliában rel. kisebb jelentőségű transzporter. Bak LK. et al. 2006 AsztroGlia fiziológia [GABA]ec koncentráció szabályozása Gátló (GABAerg) szinapszis
glutamate glutaminase decarboxylase
- GABA-erg neuronoknál fontosabb a re-uptake mint a szintézis - GABA-erg terminálisokban kisebb a Gln raktár Bak LK. et al. 2006 - GLIA az idegi gátlást tudja kontrollálni ily módon ! AsztroGlia fiziológia Víz - homeosztázis szabályozása
- agyi vízháztartás szabályozása neuropeptidek révén: vazopresszin (VP), ANP (atrial natriuretic peptide, atriopeptin), angiotenzinogén, angiotenzin Gliális vízmozgás: aquaporinok !! Vazopresszin - asztrocitákon V1 vazopresszin receptorok mediálta intracell Ca++ release - víz-permeabilitás gliába nő
ANP - VP hatás antagonizálása - ANP-t asztrok is termelik, szekretoros granulákba csomagolva Ca++ függő módon ürítik
Angiotenzin - előállítás angiotenzinogénből, ami főleg asztroban van: de angiotenzin inkább neuronális (előállítás/inkorporáció útvonala még: ???) - asztrociták angiotenzin recetor II-t expresszálnak, aktivációjukra ic. Ca++ raktár ürülés és pl. prostacyclin (eicosanoid) release - vazodilatáció
e rendszer minden eleme szintetizálódhat az agyban is AsztroGlia fiziológia Víz - homeosztázis szabályozása
Asztrociták az extracelluláris ozmolaritást érzékelik:
pl. hipozmotikus stressz (EC ozmolaritás ↓) asztro duzzadás RVD
(agyi ödéma !) regulatory volume decrease : (szabályozott térfogatcsökkenés) ozmotikusan aktív anyagok kizárása a sejtből
K+ Cl-, szerves aminok, glutamát, glutamin, glycin, taurine, GABA release
Súlyos esetben (hypoxia- ischaemia, trauma): majd passzív nagyfokú asztro-duzzadás astrocyte víz efflux (citotoxikus ödéma) és RVD
http://hatam-soferet.dreamwidth.org/702473.html gyengülése - megszűnése ! AsztroGlia fiziológia Víz - homeosztázis szabályozása Swelling
moderate, transient swelling of astrocyte endfeet occurs at active synapses
1. végtalpakon K+, Na+ és Glu- uptake (Kir4.1, Na/Glu kotranszporterek, és valószínűleg egyéb ?? kation csatornák): IC ozmolit-koncentráció nő
2. ozmotikus viszonyok által irányított víz influx (aquaporin, AQP4) és duzzadás (swelling)
3. „volume sensing and osmotransduction” nem teljesen feltárt eseménysorozat mely végső soron RVD- hez (regulatory volume decrease) vezet: swelling-indukálta ic. Ca++ ↑ (ic. Ca++ raktár ürülés és kapacitatív Ca++ influx ??TRPV4 ?? csatornákon át) kíséri a jelenséget
4. RVD: ozmolitikum efflux: Cl-, taurin, excitatorikus aminosavak ürítése volume-regulated anion channel (VRAC) – on keresztül és valószínűleg K+ efflux volume-sensitive (és Ca++ függő?) K+ csatornákon át
5. IC ozmolitikumok kiáramlását követően Ca++ szerepe e folyamatokban még erősen kérdéses víz efflux, térfogatcsökkenés (vannak változását cáfoló adatok is) !
Egy csomó kináz is aktiválódik swelling esetén: sok még a ??? Benfenati, Ferroni 2010 Gliális RVD ionos mechanizmusai is : ???? AsztroGlia fiziológia Víz - homeosztázis szabályozása
szinaptikus aktivitás glia duzzadás lokális ec. tér szűkülés hatékonyabb szignalizáció (neurotranszmitter koncentrációja nagyobb és a „spillover” kisebb)
- periszinaptikus glia végtalp lokális duzzadása - távoli végtalpakon zsugorodás : sokszor kimérték, hogy neuronális aktivitásra hogyan változik EC tér a stimuláció helyén és attól távol
IOS
Kir és AQP kolokalizáció, ko-immunprecitipáció, molekuláris együttműködés ! … AQP4 deletion in mice has little or no effect on development, survival, growth, and neuromuscular function, but produces a small defect in urinary concentrating ability consistent with its expression in the medullary collecting duct... Ma, 1997 Víz - homeosztázis szabályozása
C: experimental design: AQP4 KO egerek -30%
D: Glt-1–EGFP -20% egerek, Texas red hydrazide töltött szeletek A festéket szelektíven asztro veszi fel. (ez a sulforhodamine 101 (SR101) fixálható változata)
E: 20% ozmolaritás csökkenés (−20% Osm): WT sejttest jobban duzzad mint KO. Utána RVD mindkét esetben. Komolyabb ozmotikus stressz esetén (−30% Osm) folyamatos a duzzadás, nincs RVD. AQP4-/- egerek: jelentősen csökkent agyi ödéma víz intoxikáció esetén ! Thrane 2010 PNAS AsztroGlia fiziológia Víz - homeosztázis szabályozása Ca++ szint változások asztroban 30 perccel i.p. víz injekció után (200 mL/kg desztvíz, kb 4 ml/egér). In vivo 2 foton imaging! Rhod2: Ca++ mérés/asztro Glt-1– EGFP . FITC-dextran: erek kirajzolása. Asztro sejttesten és perikapilláris végtalpon a leginten- zívebb és legtartósabb ++ Dextran: elágazó poliszacharid, a Ca jel. sok glükózból
Tenyésztett P2 purinrec. asztro blokkkolása ATP release is csökkenti az ozmotikus ozmotikus ++ sokkban stresszre Ca nagyobb jellel válaszoló asztrok számát. (WT only !) Thrane 2010 AsztroGlia fiziológia Víz - homeosztázis szabályozása
3D confocal morfometria hGFAP-GFP egerek, hipozmotikus körülmények