Олигодендроглиоциты, их характеристика

Размещено на http://www.allbest.ru/

Олигодендроглиоциты

Среди других типов нейроглии олигодендроциты составляют наиболее многочисленную популяцию клеток (Del Rio-Hortega P., 1919, 1921; Barfield J.A. et al., 1990). Олигодендроциты связывают как с белым, так и с серым веществом мозга, но большее их представительство наблюдается в первую очередь в зоне локализации нервных волокон. Олигодендроциты по функции и положению более близки к леммоцитам периферической нервной системы. В прямом переводе «олигодендроглиоцит» - это клетка с малым числом отростков. Немногочисленные отростки многих олигодендроцитов заканчиваются на аксонах нейронов в белом веществе головного мозга, обволакивают их и формируют миелиновые оболочки.

Тела олигодендроцитов по размерам несколько мельче астроцитов. Ядра мелкие, округлые или овальные, темноокрашенные. Ядрышки мелкие. Отростков мало, они тонкие, не ветвятся или слабо ветвятся, и в белом веществе мозга в основном заканчиваются вокруг аксонов и дендритов нервных клеток (Espinosa de los Monteros A., Zhang M., de Vellis J., 1993; Miller R.H., 1996; Bjartmar C., 1998; Blakemore W.F., Keirstead H.S., 1999). В отличие от астроцитов, распределение данных клеток не зависит от положения сосудов. Терминальные участки обычно расширены и располагаются цепочкой по ходу нервных волокон. Часть олигодендроцитов концентрируется в непосредственной близости к телам нервных клеток (это так называемые сателлитные олигодендроциты). Терминальная зона каждого отростка участвует в формировании сегмента нервного волокна, то есть каждый олигодендроцит обеспечивает окружение сразу нескольких нервных волокон. Цитоплазма слабооксифильная и при общих методах окрашивания сливается с другими структурами.

На электронном уровне в гиалоплазме хорошо развиты органеллы, по составу близкие к нейронам. В них много митохондрий, ЭПС, свободных полисом и рибосом, развит комплекс Гольджи, но в отличие от нейрона эти клетки не имеют развитой системы микрофиламентов. Микротрубочек больше в отростках. Гранулярная ЭПС формирует грубые цистерны. Комплекс Гольджи отличается особенностями в виде формирования цистерн не только вблизи перикарионов, но и в протоплазматических отростках (Mori S., 1972; Uehara M., Ueshima T., 1985). Олигодендроциты обладают мембранным потенциалом от -25 до -82 мВ (Sontheimer H., Waxman S.G., 1993).

Олигодендроциты составляют разнородную группу. Среди них выделяют 3 группы клеток - это светлые, темные и промежуточные клетки. Численность популяции со светлоокрашенной гиалоплазмой с возрастом уменьшается, тогда как численность темных клеток возрастает (Wawrzyniak-Gacek A., 2002). Разнородность клеточных популяций обнаружена как на световом уровне (Ogawa Y. et al., 1975), так и подтверждается данными электронной микроскопии (Mori S., Leblond C.P., 1970).

Динамика распределения олигодендроцитов в зависимости от электронной плотности гиалоплазмы указывает, скорее, на функциональную активность клеток и на возможность перехода популяций со светлым матриксом в более темные клетки (Mori S., Leblond C.P., 1970; Ling E.A. et al., 1973). Указанные популяции олигодендроцитов не имели тропизма к отдельным нервным центрам или белому веществу. В сером веществе клетки олигодендроглии концентрировались вокруг нейронов. В то же время выявленное частью авторов предлежание олигодендроглии к периваскулярным участкам мозга позволяет предполагать некоторое сродство этих структур друг к другу, менее выраженное по сравнению с астроцитами (Janzer R.C., Raff M.C., 1987).

Однако морфологическая неоднородность олигодендроцитов в разных областях мозга имеет место, пусть и проявляется в несколько иной плоскости. Так, в различных участках мозга они могут существенно отличаться по числу отростков, их длине, распределению и т. д. (Ogawa Y. et al., 1985; Edgar J.M., Garbern J., 2004; Kettenmann H., Ransom B.R., 2005).

Различия в морфологических и функциональных особенностях олигодендроцитов взаимозависимы к диаметру отростков нейронов, что сочетается со степенью миелинизации (Norton W.C., 1984; Hildebrand C. et al., 1993). Обнаруженные существенные особенности в структурной и биохимической организации олигодендроцитов могут иметь значение во взаимодействии глиоцитов с нейронами, существенно изменяя структурно-функциональную активность, особенно в патологии (Hajek T. et al., 2005; Walterfang M. et al., 2006; Whiteside et al., 2006).

Функции олигодендроглии довольно многочисленны. Считается, что олигодендроглиоциты формируют оболочки вокруг нервных клеток, обеспечивая барьерно-транспортные функции, образуют миелиновые оболочки, участвуя в проведении возбуждения в нервном отростке. Они изолируют их, ускоряя проведение возбуждения и предотвращая его затухание и распространение (ирритацию) на соседние отростки (Sontheimer H., 1995).

Механическая (опорная) функция обусловлена как организацией миелина, так и цитоскелетом отростков клетки. Олигодендроциты механически поддерживают структуру отдельных нервных волокон и их скоплений (пучков). Трофическая функция олигодендроцитов связана с транспортом нутриентов к отросткам нейронов. Через них осуществляется перемещение метаболитов. Так, использование лактата как энергетического субстрата осуществляется не только в нейронах и астроцитах, но и в олигодендроцитах, которые используют его как энергетический субстрат и как предшественник для синтеза углеводных полимеров. При этом активность метаболизма лактата олигодендроглией значительно выше по сравнению с астроцитами и нейронами. Выявлено также, что глюкоза и ее метаболиты могут служить источником для синтеза липидов, что, возможно, имеет значение в поддержании миелиновых структур (Sбnchez-Abarca L.I. et al., 2001).

Участие в регенерации поврежденных нервных клеток приводится со стимуляцией прорастания прерванных на протяжении отростков нейронов и обусловлено выделением олигодендроцитами биологически активных веществ, предотвращающих гибель нейронов и стимулирующих регенерацию (Nguyen K.B., Pender M.P., 1999). Этим же обусловлена активация роста аксонов и направление роста их отростков при повреждении. Олигодендроциты фагоцитируют остатки поврежденных осевых цилиндров и миелина при нарушении структуры аксона дистальнее места повреждения.

Гистохимические исследования указывают на то, что в олигодендроцитах накапливаются ионы железа (Barres B.A., 1991). Железосодержащие клетки обнаруживаются как в сильно-, так и в слабомиелинизированных участках мозга. При этом его содержание наиболее велико в ГАМК-содержащих участках мозга, что может указывать на участие железа в метаболизме этого медиатора (Francois C. et al., 1981; Hill J.M., Switzer R.C., 1984; Erb G.L. et al., 1996; Verkhratsky A., Steinhauser Ch., 2000; Roberts T.F. et al., 2001). В частности, во фронтальной коре больших полушарий после рождения у крыс во всех олигодендроцитах наблюдалось незначительное накопление железа, вне зависимости от рассмотренного срока развития (Wawrzyniak-Gacek A., 2002). Коммуникации между олигодендроглией и аксонами, видимо, гораздо более важны, чем казалось ранее. Известно, что олигодендроглия играет важную роль в становлении функциональной архитектоники нейронов. Установлено, что миелинизация оказывает регулирующий эффект на медленный аксональный транспорт, регенерацию и организацию нейрофиламентов (Huang J.D. et al., 1999).

Миелинизация мозга на электронном уровне исследовалась с 50-х гг. прошлого века. Было установлено, что олигодендроциты первоначально формируют оболочки только с помощью цитоплазматических отростков и одинарных мембран. По мере миелинизации отростки олигодендроцитов оборачиваются вокруг аксонов нейронов. Первоначально слои миелина распределены рыхло, но по мере созревания миелин уплотняется (De Robertis E. et al., 1958). В ЦНС миелинизация нервных волокон происходит при условии достаточной степени созревания олигодендроцитов. Предполагается, что в основе этого процесса лежит взаимодействие нейронов с олигодендроцитами, а также немаловажную роль могут играть тирозинкиназные рецепторы олигодендроцитов (Osterhout D.J. et al., 1999).

Микроскопическое изучение олигодендроглии показывает, что в этих клетках имеются протеины, содержащие специфические домены, способные взаимодействовать с веществами, выделяемыми из синаптических пузырьков в синапсах. В нервных терминалях и ионных каналах межузловых перехватов самих нейронов имеются рецепторные системы, способные реагировать на влияния нейроглии (Ratner N. et al., 1998).

Как уже указывалось, одной их важнейших особенностей олигодендроглиоцитов является их способность к образованию миелина. Наличие этого макромолекулярного мембранного комплекса является важнейшим для поддержания межнейронных коммуникаций и возможности функционирования мозга как целостной системы. С внедрением электронной микроскопии была показана организация миелина в условиях физиологической нормы и при повреждении (Hirano A., Dembitzer H.M., 1967).

Повреждение миелина сопровождается грубыми нарушениями проведения возбуждения в нейроне. Демиелинизирующие заболевания связаны с повреждением олигодендроглии, а их восстановление, по сути, не что иное как регенерация олигодендроглиоцитов. Фактор роста тромбоцитов (ФРТ) и основной фактор роста фибробластов (оФРФ) являются веществами, стимулирующими их репарацию. Фактор роста тромбоцитов активирует формирование олигодендроцитов из клетокпредшественников, тогда как фактор роста фибробластов обеспечивает пролиферацию и дедифференцировку (Grinspan J.B., 1994). Небезинтересно, однако, напомнить об указанном ранее обстоятельстве, что способностью к образованию оФРФ, среди клеток мозга, обладают астроциты, что указывает на возможное модулирующее влияние последних на репаративные процессы у олигодендроцитов.

Исследование влияния активированной макроглии на олигодендроциты обнаруживает двойственный эффект. Активированные микроглиоциты способны снижать степень выживания предшественников олигодендроглии в культуре ткани, но уменьшают апоптозы в зрелых олигодендроцитах (Brandon A.M. et al., 2007). Интересны данные о возможности формирования миелиновых оболочек пересаженными олигодендроцитами вокруг нейронов реципиента. Показана возможность их миграции в ткани реципиента на расстояние до нескольких миллиметров. О том, что эта миграция специфична для олигодендроцитов, указывает факт, что нейролеммоциты в ЦНС также могут миелинизировать отростки нейронов, но при этом не мигрируют (Gumpel M. et al., 1989).

В настоящее время представляется, что функции нейроглиоцитов рассмотрены далеко не в полном объеме, в том числе и возможность внесинаптических взаимодействий через олигодендроциты. В случае гибели одного из нейронов или повреждения его аксона происходит дегенерация нервного волокна и его демиелинизация. Это повреждение вызывает активные биологические реакции ряда глиоцитов, непосредственно участвующих в образовании этого волокна. Известно, что данное нарушение сопровождается экспрессией заинтересованными олигодендроцитами факторов, стимулирующих регенераторные процессы. Они могли бы активировать ряд нейронов, находящихся в зонах непосредственного их контроля, также может происходить динамика в миелиновых оболочках соседних волокон, вторичная активация гипертрофических процессов. Данное предположение пока носит сугубо умозрительный характер и требует детального исследования, так как это может быть еще одним механизмом пластичности тканевой организации ЦНС.

олигодендроцит клетка гиалоплазма

Список литературы

1. Barfield, J.A. Separate progenitor cells give rise to neurons, astrocytes and oligodendrocytes in the rat / J.A. Barfield, J.G. Parnavelas, M.B. Luskin // Journal of Neuroscience. - 1990. - Vol. 16. - P. 1272-1280.

2. Barres, B.A. New roles for glia / B.A. Barres // Journal of Neuroscience. - 1991. - Vol. 11. - P. 3685-3694.

3. Bjartmar, C. Morphological heterogeneity of cultured spinal and cerebral rat oligodendrocytes / C. Bjartmar // Neuroscience. - 1998. - Vol. 247. - P. 91-94.

4. Blakemore, W.F. The origin of remyelinating cells in the central nervous system / W.F. Blakemore, H.S. Keirstead // Journal of Neuroimmunology. - 1999. - Vol. 98. - P. 69-76.

5. Brandon, A. Developmental stage of oligodendrocytes determines their response to activated microglia in vitro / A. Brandon [et al.] // Journal of Neuroinflammation. - 2007. - Vol. 4. - P. 28.

6. De Robertis, E. Cellular Mechanism of Myelination in the Central Nervous System / E. De Robertis, H.M. Gerschenfeld, F. Wald // The Journal of biophysical and biochemical cytology. - 1958. - Vol. 4. - P. 51-58.

7. Del Rio-Hortega, P. Estudios sobre le neuroglia la glia escasas radiaciones (oligodendroglia) / P. Del Rio-Hortega // Biol. Rech. Soc. Esp. d Hist. Nat. - 1921. - Vol. 21. - P. 63-92.

8. Del Rio-Hortega, P. El tercer elemento de los centros nerviosos / P. Del RioHortega // Biol. Soc. Espan. Biol. - 1919. - Vol. 9. - P. 68-83.

9. Edgar, J.M. The myelinated axon is dependent on the myelinating cell for support and maintenance: molecules involved / J.M. Edgar, J. Garbern // Journal of Neuroscience Research. - 2004. - Vol. 6. - P. 593-598.

10. Erb, G.L. The distribution of iron in the brain: A phylogenetic analysis using iron histochemistry / G.L. Erb, D.L. Osterbur, S.M. Le Vine // Brain Research. - 1996. - Vol. 93. - P. 120-128.

11. Espinosa de los Monteros, A. O-2A progenitor cells transplanted into neonatal rat brain develop into oligodendrocytes but not astrocytes / A. Espinosa de los Monteros, M. Zhang, J. de Vellis // Journal of Neurobiology. - 1993. - Vol. 90. - P. 50-54.

12. Francois, C. Topographical and cytological localization of iron in rat and monkey brains / C. Francois, J. Nguyen-Legros, G. Percheron // Brain Research. - 1981. - Vol. 215. - P. 317-322.

13. Grinspan, J.B. Protein growth factors as potential therapies for central nervous system demyelinative disorders / J.B. Grinspan [et al.] // Annals of neurology. - 1994. - Vol. 36. - P. 140-142.

14. Gumpel, M. Myelination and Remyelination in the Central Nervous System by Transplanted Oligodendrocytes Using the Shiverer Model. Discussion on the Remyelinating Cell Population in Adult Mammals / M. Gumpel [et al.] // Developmental Neuroscience . - 1989. - Vol. 11. - P. 132-139.

15. Hajek, T. Neuroanatomical abnormalities as risk factors for bipolar disorder / T. Hajek, N. Carrey, M.Alda // Bipolar disorder. - 2005. - Vol. 7. - P. 393-403.

16. Hildebrand, C. Myelinated nerve fibres in the CNS / C. Hildebrand [et al.] // Progress in Neurobiology - 1993. - Vol. 40. - P. 319-384.

17. Hill, J.M. The regional distribution and cellular localization of iron in the rat brain / J.M. Hill, R.C. Switzer // Neuroscience. - 1984. - Vol. 11. - P. 595-603.

18. Hirano, A. A structural analysis of the myelin sheath in the central nervous system / A. Hirano, H.M. Dembitzer // Journal of Cell Biology. - 1967. - N 34(2). - P. 555-567.

19. Huang, J.D. Direct Interaction of Microtubuleand Actin-based Transport Motors / J.D. Huang [et al.] // Nature. - 1999. - Vol. 397. - P. 267-270.

20. Janzer, R.C. Astrocytes induce blood-brain barrier properties in endothelial cells / R.C. Janzer, M.C. Raff // Nature. - 1987. - Vol. 325. - P. 253-257.

21. Kettenmann, H. Neuroglia / H. Kettenmann, B.R. Ransom. - New York : Oxford University Press, 2005. - 601 p.

22. Ling, E.A. Investigation of glial cells in semithin sections. I. Identification of glial cells in the brain of young rats / E.A. Ling [et al.] // Journal of Comparative Neurology. - 1973. - Vol. 149. - P. 43-72.

23. Ling, E.A. Investigation of glial cells in semithin sections. II. Variation with age in the numbers of the various glial cell types in rat cortex and corpus callosum / E.A. Ling, C.P. Leblond // Journal of Comparative Neurology. - 1973. - Vol. 149. - P. 73-82.

24. Miller, R.H. Oligodendrocyte origins / R.H. Miller // Trends in Neuroscience.1996. - Vol. 19. - P. 92-96.

25. Mori, S. Electron microscopic identification of three classes of oligodendrocytes and a preliminary study of their proliferative activity in the corpus callosum of young rats / S. Mori, C.P. Leblond // Journal of Comparative Neurology. - 1970. - Vol. 139. - P. 1-30.

26. Mori, S. Light and electron microscopic features and frequencies of the glial cell present in the cerebral cortex of the rat brain / S. Mori // Archivum histologicum Japonicum. Nippon soshikigaku kiroku. - 1972. - Vol. 34. - P. 231-244.

27. Nguyen, K.B. Survival And Mitosis Of Myelinating Oligodendrocytes In Experimental Autoimmune Encephalomyelitis: An Immunocytochemical Study With Rip Antibody / K.B.Nguyen [et al.] // Acta neuropathologica. - 1999. - Vol. 98(1). - P. 39-47.

28. Norton, W.C. Myelin / W.C. Norton [et al.] // New York: Plenum Press. - 1984. - P. 147-95.

29. Ogawa, Y. A new technique of silver impregnation for oligodendrocytes with potassium dicyanoargentate by means of perfusion-- fixation method / Y. Ogawa, N. Okado, T. Kojima // Okajimas folia anatomica Japonica. - 1975. - Vol. 52. - Р. 39-50.

30. Ogawa, Y. Oligodendrocytes in the pons and middle cerebellar peduncle of the cat. Topographical relations to neurons and transverse axon bundles / Y. Ogawa, S. Eins, J.R. Wolff // Cell and Tissue Research. - 1985. - Vol. 240. - P. 541- 552.

31. Osterhout, D.J. Morphological differentiation of oligodendrocytes requires activation of Fyn tyrosine kinase / D.J. Osterhout [et al.] // Journal of Cell Biology. - 1999. - Vol. 14. - P. 9-18.

32. Ratner N. A Role for Cdk5 Kinase in Fast Anterograde Axonal Transport: Novel Effects of Olomoucine and the APC Tumor Suppressor Protein / N. Ratner, G.S. Bloom, S.T. Brady // Journal of Neuroscience. - 1998. - Vol. 18. - P. 7717- 7726.

33. Roberts, T.F. Distribution of iron in the parrot brain: conserved (pallidal) and derived (nigral) labeling patterns / T.F. Roberts, S.E. Brauth, W.S. Hall // Brain Research - 2001. - Vol. 921. - P. 138-149.

34. Sбnchez-Abarca, L.I. Oligodendrocytes use lactate as a source of energy and as a precursor of lipids / L.I. Sбnchez-Abarca, A. Tabernero, J.M. Medina // Glia. - 2001. - Vol. 36(3). - P. 1-9.

35. Sontheimer, H. Expression of voltage-activated ion channels by astrocytes and oligodendrocytes in the hippocampal slice / H. Sontheimer, S.G. Waxman // Journal of Neurophysiology. - 1993. - Vol. 70. - P. 63-73.

36. Sontheimer, H. Glial Neuronal Interactions: A Physiological Perspective / H. Sontheimer // Neuroscientist. - 1995. - Vol. 1(6). - P. 328-337.

37. Ueharа, M. Morphological features and frequencies of various types of glial cells in the ventral horn of the chicken spinal cord / M. Uehara, T. Ueshima // Japanese Journal of Veterinary Science. - 1985. - Vol. 47. - P. 791-798.

38. Verkhratsky, A. Ion channels in glial cells / A. Verkhratsky, Ch. Steinhauser // Brain Research. - 2000. - Vol. 32. - P. 380-412.

39. Walterfang, M. Neuropathological, neurogenetic and neuroimaging evidence for white matter pathology in schizophrenia / M. Walterfang [et al.] // Neuroscience and biobehavioral reviews. - 2006. - Vol. 30. - P. 918-948.

40. Wawrzyniak-Gacek, A. Distribution of various types of oligodendrocytes and cellular localisation of iron in the frontal cortex of the adult rat / A. WawrzyniakGacek // Folia morphologica. - 2002. - Vol. 61. - N. 2. - P. 115-121.

41. Whiteside, S.P. A magnetic resonance spectroscopy investigation of obsessivecompulsive disorder and anxiety / S.P. Whiteside [et al.] // Psychiatry Res. - 2006. - Vol. 146. - P. 137-147.

Размещено на Allbest.ru