Celule granulare

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Desenarea unei celule Purkinje (A) și a unei celule granulare (B) a unui porumbel cerebel, de Santiago Ramón y Cajal , 1899. Institutul Santiago Ramón y Cajal, Madrid, Spania.

Celula granulară este un nume folosit de anatomisti pentru a se referi la o serie de tipuri diferite de neuroni a căror singură caracteristică comună este că toți au corpuri celulare foarte mici. Celulele granulare se găsesc în stratul granular al cerebelului , girusul dentat al hipocampului , stratul de suprafață al nucleului cohlear dorsal, al bulbului olfactiv și al cortexului cerebral . Celulele granulare cerebeloase alcătuiesc majoritatea neuronilor din creierul uman. Aceste celule granulare primesc intrări de excitare din fibre din nucleii pontini. Celulele granulare cerebeloase trimit fibre paralele prin stratul Purkinje în stratul molecular unde se ramifică și se răspândesc prin copacii dendritici ai celulelor Purkinje. Aceste fibre paralele formează mii de sinapse excitatorii de la celulele granulare la sinapsele celulare Purkinje pe dendritele intermediare și distale ale celulelor Purkinje folosind glutamatul ca neurotransmițător.

Celulele granulare de nivel 4 ale cortexului cerebral primesc aport de la talamus și trimit proiecții către straturile supragranulare 2-3, dar și către straturile infragranulare ale cortexului cerebral.

Structura

Celulele granulare situate în diferite regiuni ale creierului sunt funcționale și anatomice diferite - singurul lucru pe care îl au în comun este dimensiunea lor relativ mică. De exemplu, celulele granulare ale bulbului olfactiv sunt GABAergice și fără axoni, în timp ce celulele granulare din girusul dentat au proiecții axonale asemănătoare glutamatului. Aceste două populații de celule granulare sunt, de asemenea, singurele populații neuronale majore care suferă neurogeneză în timpul maturității: celulele granulare cerebeloase și corticale nu sunt. Celulele granulare (cu excepția celor ale bulbului olfactiv) au o structură tipică a unui neuron format din dendrite, un soma (corpul celulei) și un axon.

  • Dendrite: Fiecare celulă granulară are 3-4 dendrite ghemuit care se termină într-un fel de gheară. Fiecare dintre dendrite are doar 15 µm lungime.
  • Soma: celulele granulare au toate un soma mic cu un diametru de aproximativ 10 µm.
  • Axon: Fiecare celulă granulară trimite un singur axon în arborele dendritic al celulei Purkinje. Axonul are un diametru extrem de îngust: aproximativ ½ microni.
  • Sinapsă: 100-300.000 de axoni de celule granulare sinapsează pe o singură celulă Purkinje.

Existența joncțiunilor gap între celulele granulare permite cuplarea mai multor neuroni, permițând mai multor celule să acționeze în sincronizare și să permită funcțiile de semnalizare necesare dezvoltării celulelor granulare. [1]

Celulele granulare ale cerebelului

Celulele granulare, produse de buza rombică , se găsesc în stratul celular granular al cortexului cerebelos. Sunt mici și numeroase. Acestea se caracterizează printr-o sumă foarte mică și numeroase dendrite scurte care se termină cu terminații în formă de gheare. Văzute cu microscopul electronic de transmisie , aceste celule sunt caracterizate de un nucleu care pare foarte întunecat și înconjurat de o margine subțire de citoplasmă. Axonul se ridică în stratul molecular unde se desparte pentru a forma fibre paralele. [2]

Celule granulare dințate

Celulele granulare alcătuiesc principalul tip de celule care pot fi găsite în girusul dentat al hipocampului. Celulele granulelor dentate au un corp celular eliptic cu o lățime de aproximativ 10 pm și o înălțime de 18 pm. [3]
Celulele granulare prezintă un arbore caracteristic în formă de con, cu dendrite apicale spinoase. Ramurile dendritelor se propagă prin întregul strat molecular și vârfurile cele mai îndepărtate ale arborelui dendritic ajung chiar în sulcul hipocampului sau pe suprafața ventriculilor. [4] Celulele granulare sunt strâns „ambalate” în stratul celular granular al girusului dentat.

Celule granulare ale nucleului cohlear dorsal

Celulele granulare din nucleul cohlear dorsal sunt neuroni mici cu două sau trei dendrite scurte care dau naștere la câteva ramuri cu expansiuni în partea lor terminală. Dendritele sunt scurte, cu terminații asemănătoare ghearelor care formează glomeruli pentru a primi fibre mușchite, asemănătoare celulelor granulelor cerebeloase. [5] Axonul acestor celule se proiectează pe stratul molecular al nucleului cohlear dorsal unde formează fibre paralele, din nou asemănătoare celulelor granulare cerebeloase. [2] Celulele granulare ale nucleului cohlear dorsal sunt interneuroni excitatori mici, care sunt legați de dezvoltare, motiv pentru care seamănă cu celulele granulelor cerebeloase.

Celula granulară a bulbului olfactiv

Principala celulă granulară intrinsecă în bulbul olfactiv al vertebratelor nu are axon (cum ar fi neuronul accesoriu). Fiecare celulă dă naștere unor dendrite centrale scurte și a unei singure dendrite apicale lungi care se extinde în stratul celular granular și intră în stratul celular mitral al bulbului olfactiv. Ramurile dendritei se termină în stratul plexiform exterior dintre dendritele din tractul olfactiv. [2] În bulbul olfactiv al mamiferelor, celulele granulare pot procesa atât intrarea sinaptică, cât și ieșirea datorită prezenței spinelor mari. [6]

Funcţie

Rețeaua neuronală a cortexului cerebelos

Reprezentarea conexiunilor neuronale care există între diferitele tipuri de neuroni din cortexul cerebelos.
Sunt incluse celulele Purkinje, celulele granulare și interneuronii.

Celulele granulare cerebeloase primesc aport de excitare de la 3 sau 4 fibre mușchite din nucleii pontini. Fibrele cu mușchi creează o conexiune interesantă pe celulele granulare care determină un potențial de acțiune în celula granulară în sine. Axonul unei celule granulare din cerebel se divide pentru a forma o fibră paralelă care inervează celulele Purkinje. Marea majoritate a sinapselor axonale ale celulelor granulare se găsesc pe fibre paralele. [7] Fibrele paralele sunt trimise prin stratul Purkinje în stratul molecular unde se ramifică și se răspândesc prin copacii dendritici ai celulelor Purkinje. Aceste fibre paralele formează mii de sinapse excitatorii de celule granulare-celule Purkinje pe dendrite celulare Purkinje. Aceste conexiuni sunt de tip excitator și sunt legate de eliberarea de glutamat. Fibrele paralele și sinapsele ascendente ale axonilor celulari granulari se descarcă sincron, ceea ce duce la semnale de excitare. Există o varietate de neuroni inhibitori (interneuroni) în cortexul cerebelos. Singurii neuroni excitatori prezenți în cortexul cerebelos sunt celulele granulare. [8] Plasticitatea sinapselor dintre o fibră paralelă și o celulă Purkinje este considerată a fi foarte importantă pentru învățarea motorie. [9] Funcția circuitelor cerebeloase depinde în totalitate de procesele efectuate de stratul granular. Prin urmare, funcția celulelor granulare influențează puternic funcția cerebeloasă în ansamblu. [10]

Intrarea de fibre de mușchi pe celulele granulelor cerebeloase

Dendritele celulare granulare sunt, de asemenea, sinapse cu axoni specifici nemelinizați, care sunt denumiți fibre de mușchi. [4] Fibrele cu mușchi și celulele Golgi creează conexiuni sinaptice cu celulele granulare. Luate împreună, aceste celule formează glomerulii. [8]

Celulele granulare sunt supuse inhibării feed-forward (sau reciproce): celulele granulare excită celulele Purkinje, dar excită și interneuronii GABAergici care în schimb inhibă celulele Purkinje.

Celulele granulare sunt, de asemenea, supuse feedbackului de tip inhibitor: celulele Golgi primesc stimuli excitatori de la celulele granulare și, la rândul lor, trimit semnale inhibitoare către celulele granulare. [11] Codurile de intrare ale fibrelor de mușchi sunt păstrate în timpul transmiterii sinaptice între celulele granulare, sugerând că inervația este specifică pe baza intrării primite. [12] Celulele granulare nu transmit doar semnale din fibrele de mușchi, ci efectuează mai degrabă transformări diverse și complexe care sunt necesare în domeniul lor spațiu-timp. [8]

Fiecare celulă granulară primește o intrare de la două intrări diferite de fibre mușchii. Prin urmare, intrarea provine din două locuri diferite decât celula granulară care primește mai multe intrări de la aceeași sursă.

Diferențele dintre fibrele cu mușchi care trimit semnale către celulele granulare afectează direct tipul de informații pe care celulele granulare le traduc în celulele Purkinje. Fiabilitatea acestei traduceri va depinde de fiabilitatea activității sinaptice în celulele granulare și de natura stimulului primit.

Semnalul pe care o celulă granulară îl primește de la o fibră de mușchi depinde de funcția fibrei de mușchi în sine. Prin urmare, celulele granulare sunt capabile să integreze informații din diferite fibre de mușchi și să genereze noi tipare de activitate.

Intrarea fibrelor urcătoare pe celulele granulare cerebeloase

Diferite moduri de intrare a fibrelor mușchii vor produce modele unice de activitate în celulele granulare care pot fi modificate de un semnal transmis ca intrare din fibrele cățărătoare. S-a sugerat că cerebelul funcționează ca un filtru adaptiv, modificând comportamentul motor pe baza naturii intrării senzoriale.

Deoarece mai multe celule granulare (~ 200.000) se sinapsează pe o singură celulă Purkinje, efectele fiecărei fibre paralele pot fi modificate ca răspuns la un „semnal profesor” de la o intrare de fibră cățărătoare.

Funcții specifice diferitelor celule granulare

Celulele granulare ale cerebelului

S-a sugerat că celulele granulare codifică combinații de intrare ale fibrelor cu mușchi. Pentru ca celula granulară să răspundă, trebuie să primească intrări active de la mai multe fibre cu mușchi. Combinând mai multe intrări, cerebelul poate face distincții mai precise între tiparele de intrare decât o singură fibră de mușchi. [13] Celulele granulare cerebelare joacă, de asemenea, un rol în orchestrarea conductanțelor tonice care controlează somnul în combinație cu nivelurile de mediu ale GABA găsite în creier.

Celule granulare dințate

Pierderea neuronilor din gyrus dentat din hipocamp duce la deficite de memorie spațială. Prin urmare, se crede că celulele granulate dentate joacă un rol în formarea amintirilor spațiale. [14] Celulele granulare dentate imature și mature au roluri distincte în funcția de memorie. Se crede că celulele granulare născute la adulți („tineri”) sunt implicate în separarea tiparelor, în timp ce celulele granulare vechi contribuie la finalizarea rapidă a tiparului. [15]

Celule granulare cohleare dorsale

Celulele piramidale din cortexul auditiv primar se proiectează direct pe nucleul cohlear. Acest fapt este important în reflexul acustic de pornire (frică), în care celulele piramidale modulează reflexul de orientare secundară, iar intrarea celulelor granulare este responsabilă pentru orientarea corectă. Acest lucru se datorează faptului că semnalele primite de celulele granulare conțin informații despre poziția capului. Celulele granulare din nucleul cohlear dorsal joacă un rol în percepția și răspunsul la sunetele din mediul nostru. [16]

Celule granulare ale bulbului olfactiv

Inhibiția generată de celulele granulare, cel mai frecvent tip de celule GABAergice din bulbul olfactiv, joacă un rol vital în conturarea producției bulbului olfactiv. [17] Există două tipuri de intrări de excitare primite de celulele granulare GABAergic: cele activate de un receptor AMPA și cele activate de un receptor NMDA . Acest lucru permite celulelor granulare să regleze prelucrarea intrării senzoriale în bulbul olfactiv. Bulbul olfactiv transmite informații despre miros de la nas la creier și, prin urmare, este esențial pentru un simț al mirosului corect. Celulele granulare din bulbul olfactiv sunt, de asemenea, importante pentru formarea amintirilor legate de parfum. [18]

Factori critici pentru funcție

Fotbal

Dinamica calciului este esențială pentru mai multe funcții ale celulelor granulare, cum ar fi schimbarea potențialului membranei , plasticitatea sinaptică, apoptoza și reglarea transcripției genelor . [8] Natura semnalelor de calciu care controlează funcția presinaptică și postsinaptică a coloanelor vertebrale ale celulelor granulare ale bulbului olfactiv este în mare parte necunoscută. [6]

Monoxid de azot

Neuronii granulari prezintă niveluri ridicate ale izoformei neuronale a oxidului de azot sintază . Această enzimă depinde de prezența calciului și este responsabilă pentru producerea de oxid nitric (NO sau monoxid de azot ). Acest neurotransmițător este un regulator negativ al proliferării precursorilor de celule granulare și, în același timp, promovează diferențierea diferitelor celule granulare. Oxidul nitric reglează interacțiunile dintre celulele granulare și celulele gliale [8] și este esențial pentru protejarea celulelor granulare de diferite tipuri de daune. Monoxidul de azot (NO) este, de asemenea, responsabil pentru neuroplasticitate și învățarea motorie. [19]

Rolul în boli

Morfologia modificată a celulelor granulate dentate

TrkB este responsabil pentru menținerea conectivității sinaptice normale a celulelor granulate dentate. TrkB reglează, de asemenea, morfologia specifică (biologia) celulelor granulare și se crede că este importantă pentru reglarea dezvoltării neuronale, a plasticității neuronale, a învățării, precum și pentru a juca un rol în dezvoltarea epilepsiei . [20] Reglarea TrkB a celulelor granulare este importantă pentru prevenirea deficitelor de memorie și a epilepsiei limbice. Acest lucru se datorează faptului că celulele granulare dentate joacă un rol fundamental în funcția circuitelor entorhinal-hipocampus atât în ​​stare de bunăstare, cât și de boală. Celulele granulate dentate sunt poziționate strategic pentru a regla fluxul de informații în hipocamp, o structură necesară învățării și memoriei normale. [20]

Scăderea neurogenezei celulelor granulare

Atât epilepsia cât și sindromul depresiv arată producția întreruptă a celulelor granulare hipocampice născute la vârsta adultă. [21] Mai precis, epilepsia este asociată cu o creștere a producției - dar o integrare aberantă - a celulelor noi la începutul bolii, apoi cu scăderea producției într-o fază ulterioară a bolii. Integrarea aberantă a celulelor generate la maturitate în timpul dezvoltării epilepsiei poate afecta capacitatea girusului dentat de a împiedica activitatea excitativă excesivă să ajungă la celulele piramidale ale hipocampului, favorizând astfel convulsiile. Crizele epileptice de lungă durată stimulează neurogeneza celulelor granulate dentate. Aceste celule granulare dentare proaspăt produse (mai tinere) pot da naștere la conexiuni aberante rezultând plasticitatea rețelei hipocampice asociate epileptogenezei. [22]

Celule granulare cu dendrite mai scurte

Pacienții cu boala Alzheimer au celule granulare cu dendrite mai scurte. Mai mult, dendritele sunt mai puțin ramificate și au mai puțini spini decât celulele similare la pacienții care nu suferă de această patologie. [23] Cu toate acestea, dendritele celulare granulare nu sunt o componentă esențială a plăcilor senile și aceste plăci nu au niciun efect direct asupra celulelor granulare din girusul dentat . Modificările neurofibrilare specifice ale celulelor granulate dentate apar la pacienții cu Alzheimer, demență corporală Lewy și paralizie supranucleară progresivă . [24]

Notă

  1. ^ Reyher CK, Lübke J; Larsen WJ; Hendrix GM; Shipley MT; Baumgarten HG, agregate de celule granulare cu bulb olfactiv: dovezi morfologice pentru cuplarea electrotonică interperikaryal prin joncțiuni gap , în J. Neurosci. , vol. 11, n. 6, iunie 1991, pp. 1485–95, PMID 1904478 . Adus la 24 aprilie 2018 .
  2. ^ a b c Gordon M. Shepherd, The Synaptic Organization of the Brain , Oxford University Press, 2004, DOI : 10.1093 / acprof: oso / 9780195159561.003.0007 , ISBN 978-0195159561 .
  3. ^ Claiborne BJ, Amaral DG; Cowan WM, Analiza cantitativă, tridimensională, a dendritelor celulare granulare în girusul dentat de șobolan , în J. Comp. Neurol. , vol. 302, n. 2, decembrie 1990, pp. 206-19, DOI : 10.1002 / cne.903020203 , PMID 2289972 . Adus la 24 aprilie 2018 .
  4. ^ a b Amaral DG, Scharfman HE; Lavenex P,Girusul dentat: organizare neuroanatomică fundamentală (girusul dentat pentru manechine) , în Prog. Brain Res. , Vol. 163, 2007, pp. 3–22, DOI : 10.1016 / S0079-6123 (07) 63001-5 , PMC 2492885 , PMID 17765709 . Adus la 24 aprilie 2018 .
  5. ^ Mugnaini E, Osen KK, Dahl AL, Friedrich VL, Korte G, Structura fină a celulelor granulare și interneuronilor înrudiți (denumiți celule Golgi) în complexul nuclear cohlear de pisică, șobolan și șoarece , în J. Neurocytol. , vol. 9, nr. 4, august 1980, pp. 537–70, PMID 7441303 .
  6. ^ a b Egger V, Svoboda K, Mainen ZF, semnale sinaptice dendrodendritice în celulele granulare cu bulb olfactiv: creștere locală a coloanei vertebrale și vârf global cu prag scăzut , în J. Neurosci. , vol. 25, nr. 14, aprilie 2005, pp. 3521–30, DOI : 10.1523 / JNEUROSCI . 4746-04.2005 , PMID 15814782 . Adus la 26 aprilie 2018 .
  7. ^ Huang CM, Wang L, Huang RH, celulă granulară cerebelară: axon ascendent și fibră paralelă , în Eur. J. Neurosci. , vol. 23, n. 7, aprilie 2006, pp. 1731–7, DOI : 10.1111 / j.1460-9568.2006.04690.x , PMID 16623829 . Adus la 26 aprilie 2018 .
  8. ^ a b c d e Manto M, De Zeeuw CI, Diversitatea și complexitatea rolurilor celulelor granulare în cortexul cerebelos. Editorial , în Cerebel , vol. 11, n. 1, martie 2012, pp. 1-4, DOI : 10.1007 / s12311-012-0365-7 , PMID 22396329 . Adus la 26 aprilie 2018 .
  9. ^ M. Bear, M. Paradiso, Neuroscience: Exploring the Brain , Lippincott Williams & Wilkins , 2006, p. 855, ISBN 9780781760034 .
  10. ^ Seja P, Schonewille M, Spitzmaul G, Badura A, Klein I, Rudhard Y, Wisden W, Hübner CA, De Zeeuw CI, Jentsch TJ, Raising cytosolic Cl- in cerebellar granule cells afectează excitabilitatea și învățarea vestibulo-oculară , în EMBO J. , voi. 31, n. 5, martie 2012, pp. 1217-30, DOI : 10.1038 / emboj.2011.488 , PMC 3297995 , PMID 22252133 . Adus la 26 aprilie 2018 .
  11. ^ Eccles JC, Ito M, Szentagothai J, The cerebellum as a neural machine , Springer-Verlag, 1967, p. 56, DOI : 10.1007 / 978-3-662-13147-3 .
  12. ^ Bengtsson F, Jörntell H,Transmisia senzorială în celulele granulelor cerebeloase se bazează pe intrări de fibre mușchite codificate în mod similar , în Proc. Natl. Acad. Sci. SUA , vol. 106, nr. 7, februarie 2009, pp. 2389–94, DOI : 10.1073 / pnas.0808428106 , PMC 2650166 , PMID 19164536 . Adus la 26 aprilie 2018 .
  13. ^ Marr D, O teorie a cortexului cerebelos , în J. Physiol. (Lond.) , Vol. 202, nr. 2, iunie 1969, pp. 437–70, PMC 1351491 , PMID 5784296 . Adus pe 27 aprilie 2018 .
  14. ^ M Colicos, P Dash, Morfologia apoptotică a celulelor granulelor girate dentate după leziuni experimentale cu impact cortical la șobolani: rol posibil în deficitele de memorie spațială , în Brain Research , vol. 739, nr. 1-2, 1996, pp. 120–131, DOI : 10.1016 / S0006-8993 (96) 00824-4 , PMID 8955932 . Adus pe 27 aprilie 2018 .
  15. ^ Nakashiba T, Cushman JD, Pelkey ​​KA, Renaudineau S, Buhl DL, McHugh TJ, Rodriguez Barrera V, Chittajallu R, Iwamoto KS, McBain CJ, Fanselow MS, Tonegawa S,Celulele tinere cu granule dentate mediază separarea modelelor, în timp ce vechile celulele granulare facilitează completarea modelului , în Cell , vol. 149, nr. 1, martie 2012, pp. 188-201, DOI : 10.1016 / j.cell.2012.01.046 , PMC 3319279 , PMID 22365813 . Adus pe 27 aprilie 2018 .
  16. ^ Weedman DL, Ryugo DK, <311 :: AID-CNE10> 3.0.CO; 2-V Proiecții de la cortexul auditiv la nucleul cohlear la șobolani: sinapse pe dendrite celulare granulare , în J. Comp. Neurol. , vol. 371, nr. 2, iulie 1996, pp. 311–24, DOI : 10.1002 / (SICI) 1096-9861 (19960722) 371: 2 & lt; 311 :: AID-CNE10 & gt; 3.0.CO; 2-V , PMID 8835735 . Adus pe 27 aprilie 2018 .
  17. ^ Balu R, Pressler RT, Strowbridge BW, Multiple modes of synaptic excitation of olfactory bulb granule cells , în J. Neurosci. , vol. 27, n. 21, mai 2007, pp. 5621–32, DOI : 10.1523 / JNEUROSCI . 4630-06.2007 , PMID 17522307 . Adus pe 27 aprilie 2018 .
  18. ^ Jansen Jaclyn, Prima vedere a circuitului cerebral care ajută experiența la modelarea percepției , pe sciencedaily.com , ScienceDaily. Adus pe 27 aprilie 2018 .
  19. ^ Feil R, Hartmann J, Luo C, Wolfsgruber W, Schilling K, Feil S, Barski JJ, Meyer M, Konnerth A, De Zeeuw CI, F Hofmann, afectarea LTD si invatare cerebeloase prin Purkinje specific celulei ablatia cGMP- protein kinază I dependentă , în J. Cell Biol. , vol. 163, nr. 2, octombrie 2003, pp. 295-302, DOI : 10.1083 / jcb.200306148 , PMC 2173527 , PMID 14568994 . Adus pe 27 aprilie 2018 .
  20. ^ a b Danzer SC, Kotloski RJ, Walter C, Hughes M, McNamara JO,Morfologia alterată a terminalelor presinaptice și post-sinaptice ale celulei granulare dentate hipocampale după ștergerea condiționată a TrkB , în Hippocampus , vol. 18, nr. 7, 2008, pp. 668–78, DOI : 10.1002 / hipo.20426 , PMC 3377475 , PMID 18398849 . Adus pe 27 aprilie 2018 .
  21. ^ Danzer SC,Depresie, stres, epilepsie și neurogeneză la adulți , în Exp. Neurol. , vol. 233, nr. 1, ianuarie 2012, pp. 22–32, DOI :10.1016 / j.expneurol.2011.05.023 , PMC 3199026 , PMID 21684275 . Adus pe 27 aprilie 2018 .
  22. ^ Părinte JM, Yu TW, Leibowitz RT, Geschwind DH, Sloviter RS, Lowenstein DH, neurogeneza celulelor granulate dentate este crescută prin convulsii și contribuie la reorganizarea aberantă a rețelei în hipocampul șobolan adult , în J. Neurosci. , vol. 17, n. 10, mai 1997, pp. 3727–38, PMID 9133393 . Adus pe 27 aprilie 2018 .
  23. ^ Einstein G, Buranosky R, Crain BJ, patologia dendritică a celulelor granulare în boala Alzheimer nu are legătură cu plăcile neuritice , în J. Neurosci. , vol. 14, n. 8, august 1994, pp. 5077–88, PMID 8046469 . Adus pe 27 aprilie 2018 .
  24. ^ Wakabayashi K, Hansen LA, Vincent I, Mallory M, Masliah E, încurcături neurofibrilare în celulele granulate dentate ale pacienților cu boală Alzheimer, boala corpului Lewy și paralizie supranucleară progresivă , în Acta Neuropathol. , vol. 93, nr. 1, ianuarie 1997, pp. 7-12, PMID 9006651 .
Anatomie Anatomy Portal : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de anatomie