Komórka granulatu - Granule cell
Nazwa komórka ziarnista została użyta dla wielu różnych typów neuronów, których jedyną wspólną cechą jest to, że wszystkie mają bardzo małe ciała komórkowe . Komórek ziarnistych znajdują się w warstwie ziarnistej w móżdżku , z zakrętu zębatego z hipokampa , wierzchniej warstwy z grzbietową ślimakowy jądro The opuszki węchowej i korze mózgowej .
Komórki ziarniste móżdżku stanowią większość neuronów w ludzkim mózgu. Te komórki ziarniste otrzymują pobudzający wkład z włókien kiciastych pochodzących z jąder mostu . Komórki ziarniste móżdżku wystają przez warstwę Purkinjego do warstwy molekularnej, gdzie rozgałęziają się na równoległe włókna, które rozprzestrzeniają się przez altany dendrytyczne komórek Purkinjego . Te równoległe włókna tworzą tysiące pobudzających synaps komórek ziarnistych i komórek Purkinjego na pośrednich i dalszych dendrytach komórek Purkinjego, wykorzystując glutaminian jako neuroprzekaźnik .
Komórki ziarniste warstwy 4 kory mózgowej odbierają sygnały ze wzgórza i wysyłają projekcje do warstw ponadziarnistych 2-3, ale także do warstw infragranularnych kory mózgowej.
Struktura
Komórki ziarniste w różnych obszarach mózgu są zarówno funkcjonalnie, jak i anatomicznie zróżnicowane: jedyną wspólną cechą jest niewielki rozmiar. Na przykład komórki ziarniste opuszki węchowej są GABAergiczne i pozbawione aksonów, podczas gdy komórki ziarniste w zakręcie zębatym mają aksony projekcyjne glutaminergiczne . Te dwie populacje komórek ziarnistych są również jedynymi głównymi populacjami neuronów, które przechodzą neurogenezę dorosłych , podczas gdy komórki ziarniste móżdżku i kory nie przechodzą . Komórki ziarniste (z wyjątkiem opuszki węchowej) mają strukturę typową dla neuronu składającą się z dendrytów , somy (ciała komórki) i aksonu.
Dendryty : Każda komórka ziarnista ma 3-4 krótkie dendryty, które kończą się pazurami. Każdy z dendrytów ma tylko około 15 μm długości.
Soma : wszystkie komórki ziarniste mają małą średnicę somy około 10 μm.
Akson : Każda komórka ziarnista wysyła pojedynczy akson na drzewo dendrytyczne komórek Purkinjego. Akson ma wyjątkowo wąską średnicę: ½ mikrometra.
Synapsa : 100–300 000 aksonów komórek ziarnistych tworzy synapsę na pojedynczej komórce Purkinjego .
Istnienie połączeń szczelinowych między komórkami ziarnistymi umożliwia sprzężenie ze sobą wielu neuronów, co pozwala wielu komórkom działać synchronicznie i umożliwia występowanie funkcji sygnalizacyjnych niezbędnych do rozwoju komórek ziarnistych.
Komórka ziarnista móżdżku
Komórki ziarniste wytwarzane przez wargę rombową znajdują się w warstwie komórek ziarnistych kory móżdżku . Są małe i liczne. Charakteryzują się bardzo małą somą i kilkoma krótkimi dendrytami zakończonymi szponiastymi końcówkami. W transmisyjnym mikroskopie elektronowym komórki te charakteryzują się ciemno zabarwionym jądrem otoczonym cienką obwódką cytoplazmy. Akson wznosi się do warstwy molekularnej, gdzie dzieli się, tworząc włókna równoległe .
Komórka ziarnista zakrętu zębatego
Głównym typem komórek zakrętu zębatego jest komórka ziarnista. Komórka ziarnista zakrętu zębatego ma eliptyczny korpus komórkowy o szerokości około 10 μm i wysokości 18 μm.
Komórka ziarnista ma charakterystyczne drzewo w kształcie stożka z kolczastych dendrytów wierzchołkowych . Gałęzie dendrytów rozciągają się na całą warstwę molekularną, a najdalsze wierzchołki drzewa dendrytycznego kończą się tuż przy szczelinie hipokampa lub na powierzchni komory. Komórki ziarniste są ciasno upakowane w warstwie komórek ziarnistych zakrętu zębatego.
Grzbietowa komórka ziarnista jądra ślimakowego
Komórki ziarniste w grzbietowym jądrze ślimakowym są małymi neuronami z dwoma lub trzema krótkimi dendrytami, z których powstaje kilka rozgałęzień z ekspansjami na końcach. Dendryty są krótkie z zakończeniami podobnymi do pazurów, które tworzą kłębuszki, w których znajdują się włókna kiciaste , podobne do komórek ziarnistych móżdżku. Jego akson wystaje do warstwy molekularnej grzbietowego jądra ślimakowego, gdzie tworzy włókna równoległe, również podobne do komórek ziarnistych móżdżku. Grzbietowe komórki ziarniste ślimaka są małymi interneuronami pobudzającymi, które są spokrewnione rozwojowo i tym samym przypominają komórki ziarniste móżdżku.
Komórka ziarnista opuszki węchowej
Główna komórka ziarnista w opuszce węchowej kręgowców nie ma aksonu (podobnie jak neuron pomocniczy). Każda komórka powoduje powstanie krótkich dendrytów centralnych i pojedynczego długiego dendrytu wierzchołkowego, który rozszerza się do warstwy komórek ziarnistych i wchodzi do warstwy ciała komórki mitralnej . Gałęzie dendrytów kończą się w zewnętrznej warstwie splotowej pomiędzy dendrytami w przewodzie węchowym . W opuszce węchowej ssaków komórki ziarniste mogą przetwarzać zarówno wejście, jak i wyjście synaptyczne ze względu na obecność dużych kolców.
Funkcjonować
Ścieżki nerwowe i obwody móżdżku
Komórki ziarniste móżdżku otrzymują impuls pobudzający z 3 lub 4 włókien kiciastych pochodzących z jąder mostu . Włókna kiciaste tworzą pobudzające połączenie z komórkami ziarnistymi, które powodują, że komórka ziarnista wyzwala potencjał czynnościowy.
Akson komórki ziarnistej móżdżku dzieli się, tworząc równoległe włókno, które unerwia komórki Purkinjego . Zdecydowana większość synaps aksonów komórek ziarnistych znajduje się na włóknach równoległych.
Włókna równoległe są przesyłane w górę przez warstwę Purkinjego do warstwy molekularnej, gdzie rozgałęziają się i rozprzestrzeniają w altanach dendrytycznych komórek Purkinjego. Te równoległe włókna tworzą tysiące pobudzających synaps komórek ziarnistych-komórek Purkinjego na dendrytach komórek Purkinjego.
To połączenie jest pobudzające, gdy glutaminian jest uwalniany.
Włókna równoległe i wznoszące się synapsy aksonów powstają synchronicznie z tego samego ognia komórek ziarnistych, co skutkuje sygnałami pobudzającymi. W korze móżdżku znajdują się różne neurony hamujące ( interneurony ). Jedynymi neuronami pobudzającymi obecnymi w korze móżdżku są komórki ziarniste.
Uważa się, że plastyczność synapsy między równoległym włóknem a komórką Purkinjego jest ważna dla uczenia się motoryki . Funkcja obwodów móżdżku jest całkowicie zależna od procesów zachodzących w warstwie ziarnistej. Dlatego funkcja komórek ziarnistych determinuje funkcję móżdżku jako całości.
Wkład włókien kiciastych na komórki ziarniste móżdżku
Granul dendrytów komórek synaps również charakterystyczny niemielinowane aksonów, które Santiago Ramón y Cajala zwane włókna omszały MOSSY włókien i komórek Golgiego Obydwa rodzaje połączeń synaptycznych z komórek ziarnistych. Razem te komórki tworzą kłębuszki.
Komórki ziarniste podlegają hamowaniu ze sprzężeniem do przodu : komórki ziarniste pobudzają komórki Purkinjego, ale także pobudzają interneurony GABAergiczne, które hamują komórki Purkinjego.
Komórki ziarniste również podlegają hamowaniu przez sprzężenie zwrotne : komórki Golgiego otrzymują bodźce pobudzające z komórek ziarnistych iz kolei wysyłają sygnały hamujące do komórki ziarnistej.
Kody wejściowe włókien kiciastych są zachowywane podczas transmisji synaptycznej między komórkami ziarnistymi, co sugeruje, że unerwienie jest specyficzne dla odbieranego sygnału wejściowego. Komórki ziarniste nie tylko przekazują sygnały z włókien kiciastych, ale dokonują różnych, skomplikowanych przekształceń, które są wymagane w domenie czasoprzestrzennej.
Każda komórka ziarnista otrzymuje dane wejściowe z dwóch różnych wejść włókien kiciastych. Dane wejściowe pochodzą zatem z dwóch różnych miejsc, w przeciwieństwie do komórki ziarnistej otrzymującej wiele danych wejściowych z tego samego źródła.
Różnice we włóknach kiciastych, które wysyłają sygnały do komórek ziarnistych, bezpośrednio wpływają na rodzaj informacji, które komórki ziarniste tłumaczą na komórki Purkinjego. Wiarygodność tej translacji będzie zależeć od wiarygodności aktywności synaptycznej w komórkach ziarnistych oraz od charakteru odbieranego bodźca. Sygnał odbierany przez komórkę ziarnistą z włókna kiciastego zależy od funkcji samego włókna kiciastego. Dlatego komórki ziarniste są w stanie integrować informacje z różnych włókien kiciastych i generować nowe wzorce aktywności.
Wejście włókien pnących do komórek ziarnistych móżdżku
Różne wzorce dopływu włókien kiciastych wytworzą unikalne wzorce aktywności w komórkach ziarnistych, które mogą być modyfikowane przez sygnał uczący przekazywany przez włókna pnące . David Marr i James Albus zasugerowali, że móżdżek działa jak filtr adaptacyjny, zmieniając zachowanie motoryczne w oparciu o naturę bodźców czuciowych.
Ponieważ wiele (~200 000) komórek ziarnistych łączy się w jedną komórkę Purkinjego, efekty każdego włókna równoległego mogą być zmieniane w odpowiedzi na „sygnał nauczyciela” z wejścia włókna pnącego.
Specyficzne funkcje różnych komórek ziarnistych
- Komórki ziarniste móżdżku
David Marr zasugerował, że komórki ziarniste kodują kombinacje włókien kiciastych. Aby komórka ziarnista zareagowała, musi otrzymywać aktywne sygnały z wielu włókien kiciastych. Połączenie wielu sygnałów wejściowych powoduje, że móżdżek jest w stanie dokonać dokładniejszych rozróżnień między wzorcami wejściowymi, niż pozwala na to pojedyncze włókno kiciaste. Komórki ziarniste móżdżku odgrywają również rolę w koordynowaniu przewodnictwa tonicznego, które kontrolują sen w połączeniu z otaczającymi poziomami GABA, które znajdują się w mózgu.
- Zębate komórki ziarniste
Utrata neuronów zakrętu zębatego z hipokampa powoduje deficyty pamięci przestrzennej. Dlatego uważa się, że komórki ziarniste zębate funkcjonują w tworzeniu wspomnień przestrzennych i wspomnień epizodycznych. Niedojrzałe i dojrzałe zębate komórki ziarniste odgrywają różne role w funkcji pamięci. Uważa się, że komórki ziarniste urodzone w wieku dorosłym biorą udział w separacji wzorców, podczas gdy stare komórki ziarniste przyczyniają się do szybkiego ukończenia wzorców.
- Grzbietowe komórki ziarniste ślimaka
Komórki piramidalne z pierwotnej kory słuchowej kierują się bezpośrednio na jądro ślimaka. Jest to ważne w akustycznym odruchu przestrachu , w którym komórki piramidalne modulują drugorzędny odruch orientacji, a wejście komórek ziarnistych jest odpowiedzialne za odpowiednią orientację. Dzieje się tak, ponieważ sygnały odbierane przez komórki ziarniste zawierają informacje o pozycji głowy. Komórki ziarniste w grzbietowym jądrze ślimakowym odgrywają rolę w percepcji i odpowiedzi na dźwięki w naszym środowisku.
- Komórki ziarniste opuszki węchowej
Hamowanie generowane przez komórki ziarniste, najpowszechniejszy typ komórek GABAergicznych w opuszce węchowej, odgrywa kluczową rolę w kształtowaniu wydalania opuszki węchowej. Istnieją dwa rodzaje sygnałów pobudzających otrzymywanych przez komórki ziarniste GABAergiczne ; aktywowane przez receptor AMPA i aktywowane przez receptor NMDA . Pozwala to komórkom ziarnistym regulować przetwarzanie bodźców czuciowych w opuszce węchowej. W węchowej przesyła informacje zapach z nosa do mózgu, a zatem jest to konieczne dla prawidłowego zmysłu węchu. Stwierdzono również, że komórki ziarniste w opuszce węchowej są ważne w tworzeniu wspomnień związanych z zapachami.
Czynniki krytyczne dla funkcji
- Wapń
Dynamika wapnia ma zasadnicze znaczenie dla kilku funkcji komórek ziarnistych, takich jak zmiana potencjału błony , plastyczność synaptyczna , apoptoza i regulacja transkrypcji genów . Charakter sygnałów wapniowych, które kontrolują presynaptyczną i postsynaptyczną funkcję kolców komórek ziarnistych opuszki węchowej, jest w większości nieznany.
- Tlenek azotu
Neurony ziarniste mają wysoki poziom neuronalnej izoformy syntazy tlenku azotu . Enzym ten jest zależny od obecności wapnia i odpowiada za produkcję tlenku azotu (NO). Ten neuroprzekaźnik jest negatywnym regulatorem proliferacji prekursorów komórek ziarnistych, który promuje różnicowanie różnych komórek ziarnistych. NO reguluje interakcje między komórkami ziarnistymi a glejem i jest niezbędny do ochrony komórek ziarnistych przed uszkodzeniem. NO odpowiada również za neuroplastyczność i naukę motoryczną .
Rola w chorobie
Zmieniona morfologia zębatych komórek ziarnistych
TrkB odpowiada za utrzymanie normalnej łączności synaptycznej komórek ziarnistych zębatych. TrkB reguluje również specyficzną morfologię (biologię) komórek ziarnistych i dlatego uważa się, że jest ważny w regulacji rozwoju neuronów, plastyczności neuronów, uczenia się i rozwoju padaczki . Regulacja komórek ziarnistych TrkB jest ważna w zapobieganiu deficytom pamięci i epilepsji limbicznej. Wynika to z faktu, że zębate komórki ziarniste odgrywają kluczową rolę w funkcjonowaniu obwodów śródwęchowo-hipokampowych w zdrowiu i chorobie. Komórki ziarniste zębów zębatych mają za zadanie regulować przepływ informacji do hipokampa , struktury wymaganej do normalnego uczenia się i zapamiętywania.
Zmniejszona neurogeneza komórek ziarnistych
Zarówno padaczka, jak i depresja wykazują zaburzone wytwarzanie komórek ziarnistych hipokampa urodzonych w wieku dorosłym. Padaczka wiąże się ze zwiększoną produkcją – ale nieprawidłową integracją – nowych komórek we wczesnym stadium choroby i zmniejszoną produkcją w późnej fazie choroby. Nieprawidłowa integracja komórek wytworzonych przez dorosłych podczas rozwoju padaczki może upośledzać zdolność zakrętu zębatego do zapobiegania nadmiernej aktywności pobudzającej przed dotarciem do komórek piramidowych hipokampa , co sprzyja napadom padaczkowym. Długotrwały napad padaczkowy stymuluje neurogenezę komórek ziarnistych zęba. Te nowo narodzone zębate komórki ziarniste mogą powodować nieprawidłowe połączenia, które skutkują plastycznością sieci hipokampa, związaną z epileptogenezą .
Krótsze dendryty ziarniste
Pacjenci cierpiący na chorobę Alzheimera mają krótsze dendryty komórek ziarnistych. Co więcej, dendryty były mniej rozgałęzione i miały mniej kolców niż u pacjentów bez choroby Alzheimera. Jednak dendryty komórek ziarnistych nie są zasadniczym składnikiem płytek starczych i płytki te nie mają bezpośredniego wpływu na komórki ziarniste w zakręcie zębatym. Specyficzne zmiany neurofibrylarne w zębatych komórkach ziarnistych występują u pacjentów cierpiących na chorobę Alzheimera, wariant ciał Lewy'ego i postępujące porażenie nadjądrowe .