Subgranulär zon
Den subgranulära zonen ( SGZ ) är en hjärnregion i hippocampus där neurogenes hos vuxna sker. Den andra huvudplatsen för neurogenes hos vuxna är den subventrikulära zonen (SVZ) i hjärnan.
Strukturera
Den subgranulära zonen är ett smalt skikt av celler som är beläget mellan granulcellskiktet och hilus av dentate gyrus . Detta lager kännetecknas av flera typer av celler, den mest framträdande typen är neurala stamceller (NSC) i olika utvecklingsstadier. Men förutom NSC finns det också astrocyter , endotelceller , blodkärl och andra komponenter, som bildar en mikromiljö som stöder NSC och reglerar deras spridning, migration och differentiering. Upptäckten av denna komplexa mikromiljö och dess avgörande roll i utvecklingen av NSC har fått vissa att märka den som en neurogen " nisch" . Det kallas också ofta för en vaskulär, eller angiogen, nisch på grund av betydelsen och genomträngningen av blodkärlen i SGZ.
Neurala stamceller och neuroner
Hjärnan består av många olika typer av neuroner , men SGZ genererar bara en typ: granulceller - de primära excitatoriska neuronerna i dentate gyrus (DG) - som tros bidra till kognitiva funktioner som minne och inlärning . Progressionen från neural stamcell till granulcell i SGZ kan beskrivas genom att spåra följande härstamning av celltyper:
- Radiella gliaceller . Radiella gliaceller är en undergrupp av astrocyter , som vanligtvis betraktas som icke-neuronala stödceller. De radiella gliacellerna i SGZ har cellkroppar som finns i SGZ och vertikala (eller radiella) processer som sträcker sig in i det molekylära lagret av DG. Dessa processer fungerar som en ställning på vilken nybildade neuroner kan migrera det korta avståndet från SGZ till granulcellskiktet. Radiella glia är astrocytiska i sin morfologi, deras uttryck av gliamarkörer såsom GFAP och deras funktion för att reglera NSC-mikromiljön. Men till skillnad från de flesta astrocyter fungerar de också som neurogena stamfader; i själva verket anses de allmänt vara de neurala stamceller som ger upphov till efterföljande neuronala prekursorceller. Studier har visat att radiella glia i SGZ uttrycker nestin och Sox2 , biomarkörer associerade med neurala stamceller, och att isolerade radiella glia kan generera nya neuroner in vitro . Radiella gliaceller delar sig ofta asymmetriskt och producerar en ny stamcell och en neuronal prekursorcell per division. Således har de kapacitet för självförnyelse, vilket gör det möjligt för dem att upprätthålla stamcellspopulationen samtidigt som de producerar de efterföljande neuronala prekursorerna som kallas transient amplifierande celler.
- Övergående amplifierande progenitorceller . Övergående amplifierande (eller transitförstärkande) progenitorceller är mycket proliferativa celler som ofta delar sig och multiplicerar via mitos , och på så sätt "förstärker" poolen av tillgängliga prekursorceller. De representerar början på ett övergående skede i NSC-utvecklingen där NSC:er börjar förlora sina gliaegenskaper och antar fler neuronala drag. Till exempel kan celler i denna kategori initialt uttrycka gliamarkörer som GFAP och stamcellsmarkörer som nestin och Sox2, men så småningom förlorar de dessa egenskaper och börjar uttrycka markörer som är specifika för granulceller som NeuroD och Prox1 . Man tror att bildandet av dessa celler representerar ett ödesval i utvecklingen av neurala stamceller.
- Neuroblaster . Neuroblaster representerar det sista stadiet av prekursorcellutveckling innan celler lämnar cellcykeln och antar sin identitet som neuroner. Proliferation av dessa celler är mer begränsad, även om cerebral ischemi kan inducera proliferation i detta skede.
- Postmitotiska neuroner. Vid denna tidpunkt, efter att ha lämnat cellcykeln, anses celler omogna neuroner. Den stora majoriteten av postmitotiska neuroner genomgår apoptos eller celldöd. De få som överlever börjar utveckla morfologin hos hippocampus granulceller, märkt av förlängningen av dendriter in i det molekylära lagret av DG och tillväxten av axoner in i CA3-regionen, och därefter bildandet av synaptiska anslutningar. Postmitotiska neuroner passerar också genom en sen mognadsfas som kännetecknas av ökad synaptisk plasticitet och en minskad tröskel för långsiktig potentiering . Så småningom integreras neuronerna i hippocampus kretsar som fullt mogna granulceller.
Astrocyter
Två huvudtyper av astrocyter finns i SGZ: radiella astrocyter och horisontella astrocyter. Radiella astrocyter är synonyma med de radiella gliaceller som beskrivits tidigare och spelar dubbla roller som både gliaceller och neurala stamceller. Det är inte klart om individuella radiella astrocyter kan spela båda rollerna eller bara vissa radiella astrocyter kan ge upphov till NSC. Horisontella astrocyter har inte radiella processer; snarare förlänger de sina processer horisontellt, parallellt med gränsen mellan hilus och SGZ. Dessutom verkar de inte generera neuronala progenitorer. Eftersom astrocyter är i nära kontakt med många av de andra cellerna i SGZ, är de väl lämpade att fungera som sensoriska och reglerande kanaler i neurogenes.
Endotelceller och blodkärl
Endotelceller , som kantar blodkärlen i SGZ, är en kritisk komponent i regleringen av stamcellers självförnyelse och neurogenes. Dessa celler, som finns i nära anslutning till kluster av prolifererande neurogena celler, tillhandahåller fästpunkter för neurogena celler och frigör diffusionsbara signaler såsom vaskulär endotelial tillväxtfaktor (VEGF) som hjälper till att inducera både angiogenes och neurogenes. Studier har faktiskt visat att neurogenes och angiogenes delar flera vanliga signalvägar , vilket antyder att neurogena celler och endotelceller i SGZ har en ömsesidig effekt på varandra. Blodkärl bär hormoner och andra molekyler som verkar på cellerna i SGZ för att reglera neurogenes och angiogenes.
Hippocampus neurogenes
Huvudfunktionen hos SGZ är att utföra hippocampus neurogenes, den process genom vilken nya neuroner föds upp och funktionellt integreras i det granulära cellskiktet av dentate gyrus. I motsats till långvariga uppfattningar, sker neurogenes i SGZ inte bara under prenatal utveckling utan under hela vuxenlivet hos de flesta däggdjur, inklusive människor.
Reglering av neurogenes
Självförnyelsen, ödesvalet, spridningen, migrationen och differentieringen av neurala stamceller i SGZ regleras av många signalmolekyler i SGZ, inklusive flera neurotransmittorer . Till exempel Notch ett signalprotein som reglerar ödesval, i allmänhet upprätthåller stamceller i ett tillstånd av självförnyelse. Neurotrofiner såsom hjärnhärledd neurotrofisk faktor (BDNF) och nervtillväxtfaktor (NGF) finns också i SGZ och antas påverka neurogenes, även om de exakta mekanismerna är oklara. Wnt- och benmorfogent protein (BMP)-signalering är också neurogenesregulatorer, såväl som klassiska neurotransmittorer som glutamat , GABA , dopamin och serotonin . Neurogenes i SGZ påverkas också av olika miljöfaktorer som ålder och stress . Åldersrelaterade minskningar av neurogeneshastigheten observeras konsekvent i både laboratoriet och kliniken, men den mest potenta miljöhämmaren av neurogenes i SGZ är stress. Stressorer som sömnbrist och psykosocial stress inducerar frisättning av glukokortikoider från binjurebarken till cirkulationen, vilket hämmar neurala cellproliferation, överlevnad och differentiering. Det finns experimentella bevis för att stressinducerad minskning av neurogenes kan motverkas med antidepressiva medel. Andra miljöfaktorer som fysisk träning och kontinuerligt lärande kan också ha en positiv effekt på neurogenes, vilket stimulerar cellproliferation trots ökade nivåer av glukokortikoider i cirkulationen.
Roll i minne och lärande
Det finns ett ömsesidigt samband mellan neurogenes i SGZ och inlärning och minne , särskilt rumsminne. Å ena sidan kan höga frekvenser av neurogenes öka minnesförmågan. Till exempel kan den höga graden av neurogenes och neuronal omsättning hos unga djur vara orsaken till deras förmåga att snabbt skaffa nya minnen och lära sig nya uppgifter. Det finns en hypotes att den ständiga bildningen av nya neuroner är anledningen till att nyförvärvade minnen har en tidsmässig aspekt. Å andra sidan har inlärning, särskilt rumslig inlärning, som beror på hippocampus, en positiv effekt på cellöverlevnad och inducerar cellproliferation genom ökad synaptisk aktivitet och frisättning av signalsubstanser. Även om mer arbete behöver göras för att befästa relationen mellan hippocampus neurogenes och minne, är det tydligt från fall av hippocampus degeneration att neurogenes är nödvändig för att hjärnan ska klara av förändringar i den yttre miljön och producera nya minnen i ett temporärt rätt sätt.
Klinisk signifikans
Det finns många neurologiska sjukdomar och störningar som uppvisar förändringar i neurogenes i SGZ. Men mekanismerna och betydelsen av dessa förändringar är fortfarande inte helt klarlagda. Till exempel uppvisar patienter med Parkinsons sjukdom och Alzheimers sjukdom i allmänhet en minskning av cellproliferation, vilket förväntas. Men de som upplever epilepsi , stroke eller inflammation uppvisar ökad neurogenes, möjliga bevis på försök från hjärnan att reparera sig själv. Ytterligare definition av mekanismerna och konsekvenserna av dessa förändringar kan leda till nya terapier för dessa neurologiska störningar. Insikter i neurogenes i SGZ kan också ge ledtrådar för att förstå de underliggande mekanismerna för cancer, eftersom cancerceller uppvisar många av samma egenskaper hos odifferentierade, prolifererande prekursorceller i SGZ. Separation av prekursorceller från den regulatoriska mikromiljön av SGZ kan vara en faktor i bildandet av cancertumörer.
Se även
externa länkar
-
Media relaterade till subgranulär zon på Wikimedia Commons
