Preview

Бюллетень сибирской медицины

Расширенный поиск

СТРУКТУРНАЯ И ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ГЕТЕРОГЕННОСТЬ АСТРОЦИТОВ ГОЛОВНОГО МОЗГА: РОЛЬ В НЕЙРОДЕГЕНЕРАЦИИ И НЕЙРОВОСПАЛЕНИИ

https://doi.org/10.20538/1682-0363-2014-5-138-148

Полный текст:

Аннотация

В настоящем обзоре литературы обсуждаются вопросы структурной и функциональной гетерогенности клеток астроглиальной природы головного мозга, лежащих в основе формирования и развития значительного числа физиологических и патологических процессов. Принадлежащие к разным субпопуляциям астроциты демонстрируют разную чувствительность к действию повреждающих факторов, по-разному участвуют в реализации реактивных реакций или локального иммунного ответа. Присущие астроцитам ключевые функции – нейрогенез, нейрон-астроглиальное метаболическое сопряжение, глиальный контроль локального кровотока – во многом определяются тем, какие из клеток астроглиальной природы их реализуют. Изменения, наблюдаемые на начальных этапах прогрессирования нейродегенеративных заболеваний и патологии, ассоциированной с нарушением развития головного мозга, показывают, что их важным компонентом являются значимые изменения структурных и функциональных свойств астроцитов, и поэтому направленная регуляция указанных клеточно-молекулярных событий может представлять собой действенную терапевтическую стратегию, в которой ключевые мишени – молекулы, экспрессируемые клетками астроглиальной природы.

Об авторах

А. В. Моргун
Красноярский государственный медицинский университет им. профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого, Красноярск
Россия

Моргун Андрей Васильевич — кандидат медицинских наук



Н. А. Малиновская
Красноярский государственный медицинский университет им. профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого, Красноярск
Россия

Малиновская Наталия Александровна — кандидат медицинских наук



Ю. К. Комлева
Красноярский государственный медицинский университет им. профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого, Красноярск
Россия

Комлева Юлия Константиновна — кандидат медицинских наук



О. Л. Лопатина
Красноярский государственный медицинский университет им. профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого, Красноярск
Россия

Лопатина Ольга Леонидовна — кандидат биологических наук



Н. В. Кувачева
Красноярский государственный медицинский университет им. профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого, Красноярск
Россия

Кувачева Наталья Валерьевна — кандидат фармацевтических наук



Ю. А. Панина
Красноярский государственный медицинский университет им. профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого, Красноярск
Россия

Панина Юлия Анатольевна — аспирант



Т. Е. Таранушенко
Красноярский государственный медицинский университет им. профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого, Красноярск
Россия

Таранушенко Татьяна Евгеньевна — доктор медицинских наук, профессор



Р. Ю. Солончук
Красноярский государственный медицинский университет им. профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого, Красноярск
Россия

Солончук Юлия Рудольфовна — кандидат медицинских наук



А. Б. Салмина
Красноярский государственный медицинский университет им. профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого, Красноярск
Россия

Салмина Алла Борисовна - доктор медицинских наук, профессор, кафедра педиатрии Института последипломного образования



Список литературы

1. Freeman M.R. Neuron-Glia Signaling in Nervous System Development, Function, and Disease. URL: http://www.hhmi.org/research/ecs/freeman.html (accessed 14 March 2013).

2. Shaham S. Glia–Neuron Interactions in Nervous System Function and Development // Curr. Top. Dev. Biol. 2005. V. 69. P. 39–66.

3. МожаеваН., Алексеенко В.А., Казначеева Е.В., Киселев К.И., Мамин А.Г., Семенова С.Б. Ионные каналы, обеспечивающие рецептор-зависимый вход ионов кальция через плазматическую мембрану в невозбудимых клетках // Информац. бюл. РФФИ. 1996. Т. 4, № 4. С. 299.

4. Brough D., Le Feuvre R.A., Wheeler R.D., Solovyova N., Hilfiker S., Rothwell N.J., Verkhratsky A. Ca2+ stores and Ca2+ entry differentially contribute to the release of IL-1 beta and IL-1 alpha from murine macrophages // J. Immunol. 2003. V. 170, № 6. P. 3029–3036.

5. Picello E., Pizzo P., Di Virgilio F. Chelation of cyto-plasmic Ca2+ increases plasma membrane permeability in murine macrophages // J. Biol. Chem. 1990. V. 265, № 10. P. 5635–5639.

6. Germain N., Banda E., Grabel L. Embryonic stem cell neurogenesis and neural specification // J. Cell Biochem. 2010. V. 111, № 3. Р. 535–542.

7. Verkhratsky A., Rodríguez J.J., Parpura V. Astroglia in neurological diseases // Future Neurol. 2013. V. 8, № 2. P. 149–158.

8. Kahle M.P., Lee B., Pourmohamad T., Cunningham A., Su H., Kim H., Chen Y., McCulloch C.E., Barbaro N.M., Law-ton M.T., Young W.L., Bix G.J. Perlecan domain V is upregulated in human brain arteriovenous malformation and could mediate the vascular endothelial growth factor effect in lesional tissue // Neuroreport. 2012. V. 23, № 10. P. 627–630.

9. Barry D.S., Pakan J.M., McDermott K.W. Radial glial cells: key organisers in CNS development // Int J Biochem Cell Biol. 2014. V. 46. P. 76–79.

10. Morrens J., Van Den Broeck W., Kempermann G. Glial cells in adult neurogenesis // Glia. 2012. V. 60, № 2. P. 159–174.

11. Emsley J.G., Macklis J.D. Astroglial heterogeneity closely reflects the neuronal-defined anatomy of the adult murine CNS // Neuron Glia Biol. 2006. V. 2, № 3. P. 175–186.

12. Oberheim N.A., Goldman S.A., Nedergaard M. Heterogeneity of astrocytic form and function // Methods Mol Biol. 2012. V. 814. P. 23–45.

13. Torper O., Pfisterer U., Wolf D.A., Pereira M., Lau S., Jakobsson J., Björklund A., Grealish S., Parmar M. Generation of induced neurons via direct conversion in vivo // PNAS USA. 2013. V. 110, № 17. Р. 7038–7043.

14. Rakic P. Neurogenesis in adult primates // Pr. Brain Res. 2002. V. 138. P. 125–187.

15. Rakic P. The radial edifice of cortical architecture: from neuronal silhouttes to genetic engineering // Br. Res. Rev. 2007. V. 55. P. 204–219.

16. Cantini G., Pisati F., Pessina S., Finocchiaro G., Pelle-gatta S. Immunotherapy against the radial glia marker GLAST effectively triggers specific antitumor effectors without autoimmunity // Oncoimmunology. 2012. V. 1, № 6. P. 884–893.

17. Roybon L., Hjalt T., Stott S., Guillemot F., Li J.Y., Brundin P. Neurogenin2 Directs Granule Neuroblast Production and Amplification while NeuroD1 Specifies Neuronal Fate during Hippocampal Neurogenesis // PLoS ONE. 2009. V. 4. Р. e4779.

18. Kunze A., Congreso M.R., Hartmann C., Wallraff-Beck A., Hüttmann K., Bedner P., Requardt R., Seifert G., Redecker C., Willecke K., Hofmann A., Pfeifer A., Theis M., Steinhäuser C. Connexin expression by radial glia-like cells is required for neurogenesis in the adult dentate gyrus // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2009. V. 106, № 27. P. 11336–11341.

19. Bamba Y., Shofuda T., Kanematsu D., Nonaka M., Yamasaki M., Okano H., Kanemura Y. Differentiation, polarization, and migration of human induced pluripotent stem cell-derived neural progenitor cells co-cultured with a human glial cell line with radial glial-like characteristics // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2014. V. 447, № 4. P. 683–688.

20. Gubert F., Zaverucha-do-Valle C., Pimentel-Coelho P.M., Mendez-Otero R., Santiago M.F. Radial glia-like cells persist in the adult rat brain // Brain Res. 2009. V. 1258. P. 43–52.

21. Stewart P.A., Wiley M.J. Developing nervous tissue induces formation of blood-brain barrier characteristics in invading endothelial cells: A study using quail-chick transplantation chimeras // Develop. Biol. 1981. V. 84. P. 183–192.

22. Willis C.L., Leach L., Clarke G.J., Nolan C.C., Ray D.E. Reversible disruption of tight junction complexes in the rat blood-brain barrier, following transitory focal astrocyte loss // Glia. 2004. V. 48. Р. 1–13.

23. Krum J.M., Kenyon K.L., Rosenstein J.M. Expression of blood–brain barrier characteristics following neuronal loss and astroglial damage after administration of anti-Thy-1 immunotoxin // Exp. Neurol. 1997. V. 146. Р. 33–45.

24. Салмина А.Б., Инжутова А.И., Моргун А.В., Окунева О.С., Малиновская Н.А., Лопатина О.Л., Петрова М.М., Таранушенко Т.Е., Фурсов А.А., Кувачева Н.В. НАД+-конвер¬тирующие ферменты в клетках нейрональной и глиальной природы: СD38 как новая молекула-мишень для нейропротекции // Вестник РАМН. 2012. № 10. С. 29–37.

25. Abbott N.J. Astrocyte-endothelial interactions and blood-brain barrier permeability // J. Anat. 2002. V. 200. P. 629–638.

26. Rubino E., Rainero I., Vaula G., Crasto F., Gravante E., Negro E., Brega F., Gallone S., Pinessi L. Investigating the genetic role of aquaporin4 gene in migraine // J. Headache Pain. 2009. V. 10, № 2. Р. 111–114.

27. Takano T., Tian G.F., Peng W., Lou N., Libionka W., Han X., Nedergaard M. Astrocyte-mediated control of cerebral blood flow // Nat. Neurosci. 2006. V. 9, № 2. Р. 260–267.

28. Halassa M.M., Fellin T., Takano H., Dong J.H., Haydon P.G. Synaptic islands defined by the territory of a single astrocyte // J. Neurosci. 2007. V. 27, № 24. P. 6473–6477.

29. Anderson M.F., Sims N.R. The effects of focal ischemia and reperfusion on the glutathione content of mitochondria from rat brain subregions // J. Neurochem. 2002. V. 81, № 3. P. 541–549.

30. Ricci G., Volpi L., Pasquali L., Petrozzi L., Siciliano G. As-trocyte–neuron interactions in neurological disorders // J. Biol. Phys. 2009. V. 35. P. 317–336.

31. Papadopoulos M.C., Koumenis I.L., Dugan L.L., Giffard R.G. Vulnerability to glucose deprivation injury correlates with glutathione levels in astrocytes // Brain Res. 1997. V. 748, № 1–2. P. 151–156.

32. Chen Y., Vartiainen N.E., Ying W., Chan P.H., Koistinaho J., Swanson R.A. Astrocytes protect neurons from nitric oxide toxicity by a glutathione-dependent mechanism // J. Neurochem. 2001. V. 77, № 6. P. 1601–1610.

33. Salmina A.B., Petrova M.M., Taranushenko T.E., Proko-penko S.V., Malinovskaya N.A., Okuneva O.S., Inzhutova A.I., Morgun A.V., Fursov A.A. Alteration of neuron-glia interactions in neurodegeneration: molecular biomarkers and therapeutic strategy // Neurodegenerative Diseases – Processes, Prevention, Protection and Monitoring / ed. R.C.-C. Chang. Rijeka: InTech, 2011. P. 273–300.

34. Rodriguez J.J., Verkhratsky A. Neuroglial Roots of Neuro-degenerative Diseases? // Mol. Neurobiol. 2011. V. 43, № 2. P. 87–96.

35. Hamby M.E., Sofroniew M.V. Reactive astrocytes as thera-peutic targets for CNS disorders // Neurotherapeutics. 2010. V. 7, № 4. P. 494–506.

36. Anderson M.A., Ao Y., Sofroniew M.V. Heterogeneity of reactive astrocytes // Neurosci. Lett. 2014. V. 565. P. 23–29.

37. Levi G., Patrizio M. Astrocyte heterogeneity: endogenous amino acid levels and release evoked by non-N-methyl-D-aspartate receptor agonists and by potassium-induced swelling in type-1 and type-2 astrocytes // J. Neurochem. 1992. V. 58, № 5. P. 1943–1952.

38. Reynolds R., Herschkowitz N. Oligodendroglial and astroglial heterogeneity in mouse primary central nervous system culture as demonstrated by differences in GABA and D-aspartate transport and immunocytochemistry // Brain Res. 1987. V. 433, № 1. P. 13–25.

39. Zhang Y., Barres B.A. Astrocyte heterogeneity: an underappreciated topic in neurobiology // Curr. Opin. Neurobiol. 2010. V. 20, № 5. P. 588–594.

40. García-Marqués J., López-Mascaraque L. Clonal identity determines astrocyte cortical heterogeneity // Cereb. Cor-tex. 2013. V. 23, № 6. P. 1463–1472.

41. Molofsky A.V., Glasgow S.M., Chaboub L.S., Tsai H.H., Murnen A.T., Kelley K.W., Fancy S.P., Yuen T.J., Madi-reddy L., Baranzini S., Deneen B., Rowitch D.H., Oldham M.C. Expression profiling of Aldh1l1-precursors in the de-veloping spinal cord reveals glial lineage-specific genes and direct Sox9-Nfe2l1 interactions // Glia. 2013. V. 61, № 9. P. 1518–1532.

42. Rodríguez J.J., Yeh C.Y., Terzieva S., Olabarria M., Kulijewicz-Nawrot M., Verkhratsky A. Complex and region-specific changes in astroglial markers in the aging brain // Neurobiol. Aging. 2014. V. 35, № 1. P. 15–23.

43. Mishima T., Hirase H. In vivo intracellular recording sug-gests that gray matter astrocytes in mature cerebral cortex and hippocampus are electrophysiologically homogeneous // J. Neurosci. 2010. V. 30, № 8. P. 3093–3100.

44. Aerts J.T., Louis K.R., Crandall S.R., Govindaiah G., Cox C.L., Sweedler J.V. Patch clamp electrophysiology and capillary electrophoresis-mass spectrometry metabolomics for single cell characterization // Anal. Chem. 2014. V. 86, № 6. P. 3203–3208.

45. Krencik R., Weick J.P., Liu Y., Zhang Z.J., Zhang S.C. Specification of transplantable astroglial subtypes from human pluripotent stem cells // Nat. Biotechnol. 2011. V. 29, № 6. P. 528–534.

46. Mele T., Jurič D.M. Identification and pharmacological characterization of the histamine H3 receptor in cultured rat astrocytes // Eur. J. Pharmacol. 2013. pii: S0014–2999(13)00785-1. doi: 10.1016/j.ejphar.2013.10.028. [Epub ahead of print].

47. Sosunov A.A., Wu X., Tsankova N.M., Guilfoyle E., McKhann G.M. 2nd, Goldman J.E. Phenotypic heterogeneity and plasticity of isocortical and hippocampal astrocytes in the human brain // J. Neurosci. 2014. V. 34, № 6. P. 2285–2298.

48. Салмина А.Б., Малиновская Н.А., Кувачева Н.В., Моргун А.В., Хилажева Е.Д., Горина Я.В., Пожиленкова Е.А., Фролова О.В. Коннексиновые и паннексиновые транспортные системы в клетках нейроваскулярной единицы головного мозга // Нейрохимия. 2014. T. 31, № 2. С. 122–133.

49. Lundgaard I., Osório M.J., Kress B.T., Sanggaard S., Nedergaard M. White matter astrocytes in health and disease // Neuroscience. 2013. pii: S0306-4522(13)00903-2. doi: 10.1016/j.neuroscience.2013.10.050. [Epub ahead of print].

50. Ugbode C.I., Hirst W.D., Rattray M. Neuronal influences are necessary to produce mitochondrial co-localization with glutamate transporters in astrocytes // J. Neurochem. 2014. doi: 10.1111/jnc.12759. [Epub ahead of print].

51. Chaboub L.S., Deneen B. Developmental origins of astrocyte heterogeneity: the final frontier of CNS development // Dev Neurosci. 2012. V. 34, № 5. P. 379–388.

52. Lukaszevicz A.C., Sampaïo N., Guégan C., Benchoua A., Couriaud C., Chevalier E., Sola B., Lacombe P., Onté-niente B. High sensitivity of protoplasmic cortical astroglia to focal ischemia // J. Cereb. Blood. Flow. Metab. 2002. V. 22, № 3. P. 289–298.

53. Fitting S., Zou S., Chen W., Vo P., Hauser K.F., Knapp P.E. Regional heterogeneity and diversity in cytokine and chemokine production by astroglia: differential responses to HIV-1 Tat, gp120, and morphine revealed by multiplex analysis // J. Proteome Res. 2010. V. 9, № 4. P. 1795–1804.

54. Theodosis D.T., Poulain D.A., Oliet S.H.R. Activity-dependent structural and functional plasticity of astrocyte-neuron interactions // Physiol. Rev. 2008. V. 88, № 3. P. 983–1008.

55. Morales I., Guzmán-Martínez L., Cerda-Troncoso C., Farías G.A., Maccioni R.B. Neuroinflammation in the pathogenesis of Alzheimer's disease. A rational framework for the search of novel therapeutic approaches // Front Cell Neurosci. 2014. V. 8. P. 112.

56. Bushong E.A., Martone M.E., Jones Y.Z., Ellisman M.H. Protoplasmic astrocytes in CA1 stratum radiatum occupy separate anatomical domains // J. Neurosci. 2002. V. 22, № 1. P. 183–192.

57. Giaume C., Koulakoff A., Roux L., Holcman D., Rouach N. Astroglial networks: a step further in neuroglial and gliovascular interactions // Nat. Rev. Neurosci. 2010. V. 11, № 2. P. 87–99.

58. Sun D., Jakobs T.C. Structural remodeling of astrocytes in the injured CNS // Neuroscientist. 2012. V. 18, № 6. P. 567–588.

59. Пискунов А.К. Биомаркеры нейровоспаления // Нейрохимия. 2010. Т. 27, № 1. С. 63–73.

60. Kerschensteiner M., Gallmeier E., Behrens L., Leal V.V., Misgeld T., Klinkert W.E., Kolbeck R., Hoppe E., Oropeza-Wekerle R.L., Bartke I., Stadelmann C., Lassmann H., Wekerle H., Hohlfeld R. Activated human T cells, B cells, and monocytes produce brain-derived neurotrophic factor in vitro and in inflammatory brain lesions: a neuroprotective role of inflammation? // J. Exp. Med. 1999. V. 189, № 5. P. 865–870.

61. Carpentier P.A., Begolka W.S., Olson J.K., Elhofy A., Karpus W.J., Miller S.D. Differential activation of astro-cytes by innate and adaptive immune stimuli // Glia. 2005. V. 49. P. 360–374.

62. Griffiths M., Neal J.W., Gasque P. Innate immunity and protective neuroinflammation: new emphasis on the role of neuroimmune regulatory proteins // Int. Rev. Neurobiol. 2007. V. 82. P. 29–55.

63. Karpuk N., Burkovetskaya M., Fritz T., Angle A., Kielian T. Neuroinflammation leads to region-dependent alterations in astrocyte gap junction communication and hemichannel activity // J. Neurosci. 2011. V. 31, № 2. P. 414–425.

64. Karpuk N., Burkovetskaya M., Kielian T. Neuroinflamma-tion alters voltage-dependent conductance in striatal astro-cytes // J. Neurophysiol. 2012. V. 108, № 1. P. 112–123.

65. Krencik R., Ullian E.M. A cellular star atlas: using astro-cytes from human pluripotent stem cells for disease studies // Front Cell Neurosci. 2013. V. 7. P. 25.


Для цитирования:


Моргун А.В., Малиновская Н.А., Комлева Ю.К., Лопатина О.Л., Кувачева Н.В., Панина Ю.А., Таранушенко Т.Е., Солончук Р.Ю., Салмина А.Б. СТРУКТУРНАЯ И ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ГЕТЕРОГЕННОСТЬ АСТРОЦИТОВ ГОЛОВНОГО МОЗГА: РОЛЬ В НЕЙРОДЕГЕНЕРАЦИИ И НЕЙРОВОСПАЛЕНИИ. Бюллетень сибирской медицины. 2014;13(5):138-148. https://doi.org/10.20538/1682-0363-2014-5-138-148

For citation:


Morgun A.V., Malinovskaya N.A., Komleva Yu.K., Lopatina O.L., Kuvacheva N.V., Panina Yu.A., Taranushenko T.Y., Solonchuk Y.Yu., Salmina A.B. STRUCTURAL AND FUNCTIONAL HETEROGENEITY OF ASTROCYTES IN THE BRAIN: ROLE IN NEURODEGENERATION AND NEUROINFLAMMATION. Bulletin of Siberian Medicine. 2014;13(5):138-148. (In Russ.) https://doi.org/10.20538/1682-0363-2014-5-138-148

Просмотров: 477


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1682-0363 (Print)
ISSN 1819-3684 (Online)