Характеристики, анатомические свойства и функции астроцитов

астроциты, также известные как астроглии, они представляют собой тип глиальных клеток нейроэктодермального происхождения. Происходит от клеток, ответственных за направление миграции предшественников во время развития и формируется на ранних стадиях развития центральной нервной системы.

Эти клетки выделяются как самые важные и самые многочисленные глиальные клетки в разных областях мозга. Функционально они отвечают за выполнение большого количества ключевых действий для выполнения нервной деятельности..

Астроциты напрямую связаны как с нейронами, так и с другими клетками организма. Кроме того, они ответственны за формирование границы между телом и центральной нервной системой через так называемые лимитаны глии.

В этой статье мы рассмотрим основные характеристики астроцитов. Обсуждаются его молекулярные и физиологические свойства и объясняются функции, выполняемые клетками этого типа..

Характеристика астроцитов

Астроциты составляют большую часть клеток организма. Они являются частью глиальных клеток, то есть они представляют собой ряд элементов, которые отвечают за сопровождение и помощь в функционировании нейронов головного мозга..

Количество астроцитов в мозге живых существ, похоже, связано с размером животного. Так, например, мухи имеют 25% астроцитов, тогда как мыши содержат 60%, люди 90% и слоны 97%.

Из всех типов глиальных клеток наиболее распространенными являются астроциты. Исследования его распространенности показывают, что клетки этого типа составляют примерно 25% объема мозга..

Что касается его функциональности, астроциты характеризуются несколько загадочной активностью. С момента его описания Рамоном и Кахалем, одним из самых известных ученых в истории, а позже, Рио-Ортегой, считается, что они выполняют только вспомогательные функции..

Однако в последние годы его функции были пересмотрены, и было продемонстрировано, что эти клетки жизненно важны для обеспечения правильного микроокружения, которое ведет к адекватному функционированию мозга..

Аналогично, молекулярные свойства, которые были описаны в отношении астроцитов, показали, что эти клетки играют фундаментальную роль в передаче информации в нервной системе..

морфология

Не все астроциты имеют одинаковые свойства. Фактически, в зависимости от их морфологии, эти типы клеток можно разделить на две большие группы: протоплазматические астроциты и фиброзные астроциты..

Протоплазматические астроциты характеризуются тем, что находятся в сером веществе нервной системы. В его процессах участвуют как синапсы (связь с нейронами), так и кровеносные сосуды.

Морфологически они характеризуются шаровидной формой, с несколькими основными ветвями, которые вызывают очень разветвленные процессы, а также равномерное распределение.

Фиброзные астроциты, с другой стороны, находятся в белом веществе нервной системы. Они характеризуются соединением непосредственно с узлами Ранвье, а также с кровеносными сосудами.

Разветвленность фиброзных астроцитов меньше по сравнению с протоплазмами, а их отростки характеризуются более удлиненным нервными волокнами.

Проекции обоих типов астроцитов не перекрываются во взрослом мозге, однако было показано, что эти типы клеток устанавливают щелевые соединения с соседними астроцитарными процессами..

Кроме того, следует отметить, что, хотя эта морфологическая классификация является наиболее используемой на научном уровне для своих исследований, астроциты являются очень гетерогенными клетками..

На самом деле, больше типов астроцитов дифференцированы в зависимости от их характеристик, таких как специализированные астроциты, глиа Бергмана или глия Мюллера..

структура

Структурные свойства цитоскелета астроцитов поддерживаются сетью промежуточных филаментов. Основным компонентом этих нитей является глиальный фибриллярный кислый белок (GFAP).

Фактически, GFAP, индуцированный при повреждениях головного мозга и дегенеративных заболеваниях центральной нервной системы, экспрессия которых также усиливается с возрастом, является классическим маркером для иммуногистохимической идентификации астроцитов..

GFAP характеризуется представлением восьми изоформ, которые происходят из-за альтернативного расщепления. Каждый из них экспрессируется в определенных подгруппах астроцитов и придает структурные свойства, отличные от сети промежуточных филаментов.

операция

Астроциты характеризуются как возбудимые клетки с коммуникативными свойствами. То есть они активируются как внутренними сигналами, так и внешними сигналами и отправляют конкретные сообщения в соседние ячейки..

Этот процесс, осуществляемый клетками этого типа, известен как процесс "глиотрансмиссии". В этом смысле астроциты являются возбудимыми и коммуникативными элементами, но не генерируют потенциалы действия, такие как нейроны..

Астроциты демонстрируют кратковременное увеличение внутриклеточной концентрации кальция. Эти изменения концентрации кальция отвечают за связь между астроцитами, а также за связь между астроцитами и нейронами..

Более конкретно, функционирование астроцитов характеризуется следующими элементами:

1. Происходит как внутренние колебания, возникающие в результате высвобождения кальция из внутриклеточных запасов (спонтанное возбуждение).
2. Происходит в результате передачи, высвобождаемой нейронами. В частности, нейроны высвобождают вещества, такие как АТФ или глутамат, которые активируют рецепторы, связанные с G-белками, что приводит к высвобождению кальция из эндоплазматического ретикулума..
3. Некоторые из пролонгированных астриктонов находятся в контакте с капиллярными сосудами, образуя педикулярные отростки. В других случаях продолжения этих клеток могут окружать нервные синапсы.

Ядро астроцитов характеризуется более четким ядром, чем у других типов глиальных клеток. Кроме того, в его цитоплазме содержится большое количество гранул гликогена и промежуточных филаментов..

В этом смысле астроциты способны экспрессировать в своей мембране большое количество рецепторов разных передатчиков. Этот факт мотивирует, что различные вещества, такие как глутамат, ГАМК или ацетилхолин, способны генерировать увеличение внутриклеточного кальция.

С другой стороны, астроциты - это гальные клетки, которые не только реагируют на присутствие нейротрансмиттеров, но и способны выделять химические вещества..

Эта передача, которая только что была прокомментирована о функционировании астроцитов, происходит благодаря молекуле мессенджера IP3 и кальция. Молекула мессенджера IP3 отвечает за активацию кальциевых каналов в клеточных органеллах..

При этом астроциты высвобождают эти вещества в свою цитоплазму. Высвобожденные ионы кальция стимулируют выработку большего количества IP3, что мотивирует появление электрической волны, которая распространяется от астроцита к астроциту.

На внеклеточном уровне, с другой стороны, высвобождение АТФ и активация пуринергических рецепторов соседних астроцитов являются элементами, которые вызывают связь этого типа клеток..

функции

Хотя вначале им предоставлялись только функции поддержки астроцитов, в настоящее время было продемонстрировано, что эти клетки играют важную роль в нескольких аспектах развития, метаболизма и патологии нервной системы..

Фактически, эти клетки являются важными элементами трофической и метаболической поддержки некоторых нейронов. В свою очередь, их дифференциация, генезис их синапсов и церебральный гомеостаз модулируют их выживание..

В этом смысле основными функциями, которые были даны астроцитам в различных исследованиях, являются: участвует в развитии нервной системы, контролирует синаптическую функцию, регулирует кровоток, энергию и метаболизм нервной системы, модулирует ритмы циркадий и участвует в гематоэнцефалическом барьере и липидном обмене.

Развитие нервной системы и синаптической пластики

Астроциты - это клетки, которые играют фундаментальную роль в развитии нервной системы. Растущие аксоны нейронов направляются к своим мишеням через направляющие молекулы, полученные из астроцитов.

Аналогично, эти клетки могут играть важную роль в синаптической обрезке через фагоцитарные пути..

С другой стороны, астроциты активно участвуют в синаптогенезе как во время развития, так и после поражения центральной нервной системы..

На самом деле, несколько исследований показали, что синаптическая активность нейронов заметно снижается из-за отсутствия астроцитов и увеличивается, когда присутствуют эти типы клеток..

Контроль синаптической функции

Некоторые исследования показали, что астроциты непосредственно участвуют в синаптической передаче, высвобождая синаптически активные молекулы, известные как глиотрансмиттеры..

Эти молекулы высвобождаются астроцитами в ответ на синаптическую активность нейронов, которая вызывает возбуждение этих глиальных клеток волнами кальция. Кроме того, в то же время, эти молекулы вызывают возбудимость нейронов.

В этом смысле Канг и др. Показали, что астроциты опосредуют потенцирование ингибирующей синаптической передачи в срезах гиппокампа. С другой стороны, Феллин и др. Показали, что эти глиальные клетки индуцируют нейронную синхронность, измеряемую глутаматом..

Регуляция кровотока

Другой важной функцией астроцитов является регулирование кровотока, который достигает нервной системы. Эта активность осуществляется путем сочетания изменений в микроциркуляции головного мозга с нейрональной активностью.

Волны кальция в астроцитах положительно коррелируют с увеличением сосудистой микроциркуляции. Аналогичным образом, имеются данные, свидетельствующие о том, что нейрональные сигналы индуцируют волны кальция в астроцитах, которые высвобождают такие медиаторы, как простагландин Е или оксид азота..

Эта функция выполняется, поскольку астроциты имеют два домена: сосудистая стопа и нейрональная стопа. Тесный союз между нейронами, астроцитами и кровеносными сосудами известен как сосудисто-нервный переход и является одним из наиболее важных элементов, обеспечивающих нормальное функционирование нервной системы..

Энергия и обмен веществ нервной системы

Астроциты - это клетки, которые также способствуют правильному метаболизму центральной нервной системы..

Эта функция выполняется благодаря процессам контакта с кровеносными сосудами. Эти процессы позволяют астроцитам захватывать глюкозу из кровообращения и поставлять энергетические метаболиты в нейроны..

На самом деле, многочисленные исследования показали, что астроциты являются основным запасом гликогеновых гранул в мозге. Кроме того, эти гранулы гораздо более распространены в областях с высокой синаптической плотностью и, следовательно, с более высоким расходом энергии..

Наконец, также было показано, что уровни гликогена в астроцитах определяются глутаматом и что метаболиты глюкозы передаются в соседние астроциты через щелевые соединения..

Гематоэнцефалический барьер

Гематоэнцефалический барьер является жизненно важной структурой нервной системы, которая регулирует «поступление» веществ в мозг. Этот барьер состоит из эндотелиальных клеток, которые образуют плотные соединения и окружены базальной пластинкой, периваскулярными перицитами и терминалами астроцитов..

Таким образом, постулируется, что астроциты могут играть важную роль в формировании и деятельности гематоэнцефалического барьера, однако в настоящее время указанная функция астроцитов недостаточно хорошо документирована..

Некоторые исследования показали, что этот тип глиальных клеток ответственен за индукцию барьерных свойств в эндотелиальных клетках путем высвобождения различных факторов..

Регуляция циркадных ритмов

Астроциты связываются с нейронами через аденозин, вещество, которое участвует в гомеостазе сна и когнитивных эффектах, возникающих в результате лишения сна.

В этом смысле ингибирование глиотрансмиссии астроцитов является одним из элементов, предотвращающих когнитивный дефицит, связанный с лишением сна.

Липидный обмен и секреция липопротеинов

Наконец, астроциты - это клетки, которые также связаны с липидным обменом нервной системы. Эта функция выполняется через уровни холестерина, которые жестко регулируются между нейронами и астроцитами.

Аналогичным образом, изменения в метаболизме липидов, особенно холестерина, также связаны с развитием нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера или болезнь Пика..

Таким образом, астроциты являются важными элементами в липидном обмене мозга, а также в профилактике нейродегенеративных заболеваний..

ссылки

1. А. Баррес Тайна и магия глии: взгляд на их роль в здоровье и болезни. Нейрон, 60 (2008), стр. 430-440.
2. Фиакко Т.А., Агулхон С., Маккарти К.Д. (октябрь 2008 г.). "Сортировка физиологии астроцитов из фармакологии".
3. Мурояма, Y; Фудзивара, Y; Orkin, SH; Рович, DH (2005). «Спецификация астроцитов с помощью bHLH белка SCL в ограниченной области нервной трубки». 438 (7066): 360-363.
4. Kimelberg HK, Jalonen T, Walz W (1993). «Регуляция микросреды мозга: передатчики и ионы». У Мерфи С. Астроциты: фармакология и функции. Сан-Диего, Калифорния: Академическая пресса. стр. 193-222.
5. В. Софронью, Х.В. Винтерс Астроциты: биология и патология Acta Neuropathol, 119 (2010), p. 7-35.
6. Дойч И. Caillé, D.A. Лим, J.M. Гарсия Вердуго, А. Alvarez-Buylla Астроциты субвентрикулярной зоны представляют собой нервные стволовые клетки в клетках мозга взрослого млекопитающего, 97 (1999), pp. 703-716.