Granulatcelle - Granule cell
Navnet granulatcelle er blevet brugt til en række forskellige typer neuron, hvis eneste fælles træk er, at de alle har meget små cellelegemer . Granula celler findes inden for den granulære lag af cerebellum , de tandede gyrus i hippocampus , det overfladiske lag af dorsale cochleare nucleus , den lugtekolben , og den cerebrale cortex .
Cerebellare granulatceller tegner sig for størstedelen af neuroner i den menneskelige hjerne. Disse granula celler modtager stimulerende input fra mosbevoksede fibre stammer fra Pontine kerner . Cerebellare granulatceller rager op gennem Purkinje -laget ind i molekylærlaget, hvor de forgrener sig til parallelle fibre, der spredes gennem Purkinje -celledendritiske arbors. Disse parallelle fibre danner tusinder af excitatoriske granulat-celle-Purkinje-celle-synapser på de mellemliggende og distale dendritter af Purkinje-celler ved hjælp af glutamat som en neurotransmitter .
Lag 4 granulatceller i hjernebarken modtager input fra thalamus og sender fremspring til supragranulære lag 2-3, men også til infragranulære lag i cerebral cortex.
Struktur
Granulatceller i forskellige hjerneområder er både funktionelt og anatomisk forskellige: det eneste, de har til fælles, er lillehed. For eksempel lugtekolben granulerede celler er GABAerge og axonless, mens granula celler i den tandede gyrus har glutamaterge projektion axoner . Disse to populationer af granulatceller er også de eneste store neuronale populationer, der gennemgår voksen neurogenese , mens cerebellare og kortikale granulatceller ikke gør det. Granulatceller (bortset fra de i olfaktorisk pære) har en struktur typisk for et neuron bestående af dendritter , en soma (cellelegeme) og et axon.
Dendritter : Hver granulatcelle har 3-4 stubbe dendritter, der ender i en klo. Hver af dendritterne er kun ca. 15 μm i længden.
Soma : Granulatceller har alle en lille somadiameter på cirka 10 um.
Axon : Hver granulatcelle sender en enkelt axon til Purkinje -cellens dendritiske træ. Axonen har en ekstremt smal diameter: ½ mikrometer.
Synapse : 100–300.000 granulatcelle -axoner synapser på en enkelt Purkinje -celle .
Eksistensen af gap junctions mellem granulatceller gør det muligt at koble flere neuroner til hinanden, så flere celler kan fungere synkront og tillade signalfunktioner, der er nødvendige for at granulatcelleudvikling kan forekomme.
Cerebellar granulatcelle
Granulatcellerne, der produceres af den rhombiske læbe , findes i granulatcellelaget i lillehjernen . De er små og mange. De er kendetegnet ved en meget lille soma og flere korte dendritter, der slutter med kloformede ender. I transmissionselektronmikroskop er disse celler karakteriseret ved en mørkt farvet kerne omgivet af en tynd kant af cytoplasma. Axonen stiger op i det molekylære lag, hvor det deler sig for at danne parallelle fibre .
Dentere gyrus granulatcelle
Den primære celletype for dentate gyrus er granulatcellen. Den tandede gyrus granulatcelle har en elliptisk cellelegeme med en bredde på cirka 10 um og en højde på 18 um.
Granulatcellen har et karakteristisk kegleformet træ af spiny apikale dendritter . Dendritgrenene rager ud i hele molekyllaget og de dendritiske træers længste spidser ender lige ved hippocampusfissuren eller ved ventrikeloverfladen. Granulatcellerne er tæt pakket i det granulære cellelag i dentate gyrus.
Dorsal cochlear nucleus granule cell
Granulatcellerne i den dorsale cochleære kerne er små neuroner med to eller tre korte dendritter, der giver anledning til et par grene med udvidelser ved terminalerne. Dendritterne er korte med klo-lignende ender, der danner glomeruli til at modtage mosfibre , svarende til cerebellare granulatceller. Dens axon projekterer til det molekylære lag i den dorsale cochleære kerne, hvor den danner parallelle fibre, der også ligner cerebellare granulatceller. De dorsale cochlea granulatceller er små excitatoriske interneuroner, der er udviklingsrelaterede og dermed ligner cerebellar granulatcellen.
Olfaktorisk pæregranulatcelle
Den vigtigste iboende granulatcelle i hvirveldyrets olfaktoriske pære mangler en axon (det samme gør den tilbehørsneuron). Hver celle giver anledning til korte centrale dendritter og en enkelt lang apikal dendrit, der ekspanderer ind i granulatcellelaget og kommer ind i mitralcellelegemelaget . Dendritgrenene ender inden for det ydre plexiforme lag blandt dendritterne i lugtkanalen . I pattedyrens olfaktoriske pære kan granulatceller behandle både synaptisk input og output på grund af tilstedeværelsen af store rygsøjler.
Fungere
Neurale veje og kredsløb i lillehjernen
Cerebellare granulatceller modtager excitatorisk input fra 3 eller 4 mosede fibre, der stammer fra pontinkerner . Mosede fibre opretter en excitatorisk forbindelse til granulatceller, som får granulatcellen til at affyre et aktionspotentiale.
Axonen i en cerebellar granulatcelle deler sig for at danne en parallel fiber, der innerverer Purkinje -celler . Langt de fleste af aksonale synapser af granulatceller findes på de parallelle fibre.
De parallelle fibre sendes op gennem Purkinje -laget ind i molekylærlaget, hvor de forgrener sig og spredes gennem Purkinje celledendritiske arbors. Disse parallelle fibre danner tusinder af excitatoriske Granule-celle-Purkinje-cellesynapser på dendritterne af Purkinje-celler.
Denne forbindelse er excitatorisk, da glutamat frigives.
De parallelle fibre og stigende axon synapser fra den samme granulatcellebrand synkront, hvilket resulterer i excitatoriske signaler. I cerebellar cortex er der en række forskellige hæmmende neuroner ( interneuroner ). De eneste excitatoriske neuroner, der er til stede i cerebellar cortex, er granulatceller.
Plasticiteten af synapsen mellem en parallel fiber og en Purkinje -celle menes at være vigtig for motorisk læring . Cerebellare kredsløbes funktion er helt afhængig af processer, der udføres af det granulære lag. Derfor bestemmer funktionen af granulaceller cerebellarfunktionen som helhed.
Moset fiberindgang på cerebellare granulatceller
Granula celle dendritter også synapse med markante myelinerede axoner som Santiago Ramón y Cajal kaldet mosbevoksede fibre Mossy fibre og Golgi-celler både lave synaptiske forbindelser med granulceller. Tilsammen danner disse celler glomeruli.
Granulatceller er genstand for feed-forward- hæmning: granulatceller ophidser Purkinje-celler, men ophidser også GABAergiske interneuroner, der hæmmer Purkinje-celler.
Granulatceller er også genstand for feedback -hæmning : Golgi -celler modtager excitatoriske stimuli fra granulatceller og sender igen hæmmende signaler tilbage til granulatcellen.
Mossy fiber input koder bevares under synaptisk transmission mellem granulatceller, hvilket tyder på, at innervering er specifik for input, der modtages. Granulatceller videregiver ikke bare signaler fra mosede fibre, de udfører snarere forskellige, indviklede transformationer, som er nødvendige i det spatiotemporale domæne.
Hver granulatcelle modtager et input fra to forskellige mosede fiberindgange. Inputet kommer således fra to forskellige steder i modsætning til, at granulatcellen modtager flere input fra den samme kilde.
Forskellene i mosede fibre, der sender signaler til granulatcellerne, påvirker direkte den type information, som granulatceller oversætter til Purkinje -celler. Pålideligheden af denne oversættelse vil afhænge af pålideligheden af synaptisk aktivitet i granulatceller og af arten af den stimulus, der modtages. Signalet, som en granulatcelle modtager fra en Mossy fiber, afhænger af selve den mosede fiber. Derfor er granulatceller i stand til at integrere information fra de forskellige mosfibre og generere nye aktivitetsmønstre.
Klatrefibertilførsel på cerebellare granulatceller
Forskellige mønstre af moset fiberindgang vil producere unikke aktivitetsmønstre i granulatceller, der kan modificeres af et undervisningssignal, der formidles af klatrefibers input. David Marr og James Albus foreslog, at lillehjernen fungerer som et adaptivt filter, der ændrer motorisk adfærd baseret på arten af det sensoriske input.
Da flere (~ 200.000) granulatceller synapser til en enkelt Purkinje -celle, kan virkningerne af hver parallelfiber ændres som reaktion på et "lærersignal" fra klatrefibers input.
Specifikke funktioner for forskellige granulatceller
- Cerebellum granulatceller
David Marr foreslog, at granulatcellerne koder for kombinationer af mosede fiberindgange. For at granulatcellen skal reagere, skal den modtage aktive input fra flere mosede fibre. Kombinationen af flere input resulterer i, at lillehjernen kan foretage mere præcise skel mellem inputmønstre, end en enkelt moset fiber ville tillade. Cerebellare granulatceller spiller også en rolle i orkestrering af de toniske konduktioner, der styrer søvn i forbindelse med de omgivende niveauer af GABA, der findes i hjernen.
- Dentere granulatceller
Tab af dentate gyrus neuroner fra hippocampus resulterer i rumlige hukommelsesunderskud. Derfor menes tandede granulatceller at fungere i dannelsen af rumlige minder og af episodiske minder. Umodne og modne dentatgranulatceller har forskellige roller i hukommelsesfunktionen. Voksenfødte granulatceller menes at være involveret i mønsterseparation, mens gamle granulatceller bidrager til hurtig mønsterafslutning.
- Dorsale cochlea granulatceller
Pyramidale celler fra den primære auditive cortex projekterer direkte videre til cochleakernen. Dette er vigtigt i den akustiske forskrækkelsesrefleks , hvor pyramidecellerne modulerer den sekundære orienteringsrefleks, og granulatcelleindgangen er ansvarlig for passende orientering. Dette skyldes, at de signaler, granulcellerne modtager, indeholder information om hovedpositionen. Granulatceller i den dorsale cochleære kerne spiller en rolle i opfattelsen og reaktionen på lyde i vores miljø.
- Olfaktoriske pære granulatceller
Hæmning genereret af granulatceller, den mest almindelige GABAergic celletype i olfaktorisk pære, spiller en kritisk rolle i udformningen af olfaktorens pære. Der er to typer excitatoriske input, der modtages af GABAergic granulatceller; dem, der aktiveres af en AMPA -receptor, og dem, der aktiveres af en NMDA -receptor . Dette giver granulatcellerne mulighed for at regulere behandlingen af den sensoriske input i olfaktorisk pære. De olfaktoriske bulb transmitterer lugt information fra næsen til hjernen, og er derfor nødvendig for en korrekt lugtesans. Granulatceller i olfaktorisk pære har også vist sig at være vigtige i dannelsen af minder forbundet med dufte.
Kritiske faktorer for funktion
- Kalk
Calciumdynamik er afgørende for flere funktioner i granulaceller, såsom ændring af membranpotentiale , synaptisk plasticitet , apoptose og regulering af gentranskription . Arten af calciumsignalerne, der styrer den presynaptiske og postsynaptiske funktion af de olfaktoriske pæregranulaceller, er for det meste ukendt.
- Nitrogenoxid
Granulære neuroner har høje niveauer af den neuronale isoform af nitrogenoxidsyntase . Dette enzym er afhængigt af tilstedeværelsen af calcium og er ansvarlig for produktionen af nitrogenoxid (NO). Denne neurotransmitter er en negativ regulator af proliferation af granulatceller, der fremmer differentiering af forskellige granulaceller. NO regulerer interaktioner mellem granulatceller og glia og er afgørende for at beskytte granulcellerne mod skader. NO er også ansvarlig for neuroplasticitet og motorisk læring .
Rolle i sygdom
Ændret morfologi af dentat granulatceller
TrkB er ansvarlig for vedligeholdelse af normal synaptisk forbindelse mellem dentatgranulcellerne. TrkB regulerer også den specifikke morfologi (biologi) af granulacellerne og siges således at være vigtig for at regulere neuronal udvikling, neuronal plasticitet, læring og udvikling af epilepsi . TrkB -reguleringen af granulatceller er vigtig for at forhindre hukommelsesunderskud og limbisk epilepsi. Dette skyldes det faktum, at dentatgranulatceller spiller en kritisk rolle i funktionen af det entorhinal-hippocampale kredsløb i sundhed og sygdom. Dentat granulatceller er placeret for at regulere informationsstrømmen til hippocampus , en struktur, der kræves for normal læring og hukommelse.
Nedsat granule celle neurogenese
Både epilepsi og depression viser en forstyrret produktion af voksenfødte hippocampus granulatceller. Epilepsi er forbundet med øget produktion - men afvigende integration - af nye celler tidligt i sygdommen og nedsat produktion sent i sygdommen. Afvigende integration af voksne genererede celler under udviklingen af epilepsi kan forringe dentat-gyrusens evne til at forhindre overskydende excitatorisk aktivitet i at nå hippocampus pyramidale celler og derved fremme anfald. Langvarigt epileptisk anfald stimulerer neurogenese af dentatgranulatceller. Disse nyfødte dentatgranulceller kan resultere i afvigende forbindelser, der resulterer i hippocampus netværkets plasticitet forbundet med epileptogenese .
Kortere granulatcelle -dendritter
Patienter, der lider af Alzheimers, har kortere granulatcelle -dendritter. Desuden var dendritterne mindre forgrenede og havde færre rygsøjler end hos patienter, der ikke lider af Alzheimers. Imidlertid er granulatcelle -dendritter ikke en væsentlig komponent i senile plaques, og disse plaketter har ingen direkte effekt på granulatceller i dentat -gyrus. De specifikke neurofibrillære ændringer af dentatgranulceller forekommer hos patienter, der lider af Alzheimers, Lewy -kropsvariant og progressiv supranuclear parese .