U bao thần kinh là gì? Các công bố khoa học về U bao thần kinh

Quá trình chết tế bào chương trình hóa, hay còn gọi là apoptosis, được đặc trưng bởi những đặc điểm hình thái cụ thể và các cơ chế sinh hóa phụ thuộc năng lượng. Apoptose được coi là một thành phần thiết yếu của nhiều quá trình bao gồm sự thay thế tế bào bình thường, sự phát triển và chức năng đúng đắn của hệ miễn dịch, sự teo tại chỗ phụ thuộc hormone, phát triển phôi và sự chết tế bào do hóa chất. Việc apoptosis không ổn định (quá ít hoặc quá nhiều) là yếu tố trong nhiều tình trạng của con người bao gồm các bệnh thoái hóa thần kinh, tổn thương thiếu máu cục bộ, rối loạn tự miễn và nhiều loại ung thư. Khả năng điều chỉnh sự sống hay chết của một tế bào đã được công nhận có tiềm năng điều trị to lớn, do vậy, nghiên cứu vẫn tiếp tục tập trung vào việc làm rõ và phân tích cơ chế chu trình tế bào và các con đường tín hiệu điều khiển sự ngừng chu trình và apoptosis. Vì lý do đó, lĩnh vực nghiên cứu apoptosis đang tiến lên với tốc độ đáng kể. Mặc dù nhiều protein apoptosis chủ chốt đã được xác định, nhưng các cơ chế phân tử của sự hoạt động hay không hoạt động của những protein này vẫn cần được làm sáng tỏ. Mục tiêu của bài tổng quan này là cung cấp cái nhìn tổng quát hiện nay về quá trình apoptosis bao gồm hình thái, sinh hóa, vai trò của apoptosis trong sức khỏe và bệnh tật, các phương pháp phát hiện, cũng như thảo luận về các dạng alternative apoptosis có thể có.

▪ Tóm tắt  Các yếu tố thần kinh (neurotrophins) điều chỉnh sự phát triển, duy trì và chức năng của hệ thần kinh ở động vật có xương sống. Các yếu tố thần kinh kích hoạt hai loại thụ thể khác nhau, bao gồm họ thụ thể tyrosine kinase Trk và p75NTR, một thành viên của siêu họ thụ thể TNF. Thông qua các thụ thể này, các yếu tố thần kinh kích hoạt nhiều con đường tín hiệu, bao gồm những con đường được trung gian bởi ras và các thành viên của các họ protein G cdc-42/ras/rho, cùng với các chuỗi tín hiệu MAP kinase, PI-3 kinase và Jun kinase. Trong quá trình phát triển, lượng giới hạn các yếu tố thần kinh hoạt động như các yếu tố sinh tồn để đảm bảo sự phù hợp giữa số lượng neuron sống sót và yêu cầu cho sự chi phối mục tiêu thích hợp. Chúng cũng điều chỉnh các quyết định vận mệnh tế bào, sự tăng trưởng của trục thần kinh, sự cắt tỉa nhánh dendrite, hình mẫu chi phối và sự biểu hiện của các protein quan trọng cho chức năng tế bào thần kinh bình thường, chẳng hạn như chất dẫn truyền thần kinh và kênh ion. Những protein này cũng điều chỉnh nhiều khía cạnh của chức năng thần kinh. Trong hệ thần kinh trưởng thành, chúng kiểm soát chức năng synapse và tính plastic của synapse, đồng thời tiếp tục điều tiết sự sống còn của neuron.

Một phương pháp mới đã được phát triển để chuẩn bị các văn hóa tế bào thần kinh đệm và oligodendrocyte gần như tinh khiết. Phương pháp này dựa trên (a) sự vắng mặt của các tế bào thần kinh sống trong các văn hóa được chuẩn bị từ não của chuột cống sau sinh, (b) sự phân lớp của các tế bào thần kinh đệm và oligodendrocyte trong văn hóa, và (c) sự tách biệt có chọn lọc các oligodendrocyte nằm trên cùng khi bị tác dụng bởi lực cắt do lắc các văn hóa trên máy lắc quỹ đạo trong 15-18 giờ ở 37 độ C. Các chế phẩm này có vẻ hơn 98% tinh khiết và chứa khoảng 1-2 x 10(7) tế bào sống (20-40 mg protein tế bào). Ba phương pháp đã được sử dụng để đặc trưng hóa hai loại văn hóa này. Đầu tiên, quy trình kính hiển vi điện tử được sử dụng để xác định các tế bào trong mỗi chế phẩm (văn hóa hỗn hợp và văn hóa tách rời của tế bào thần kinh đệm và oligodendrocyte) và để đánh giá độ tinh khiết của mỗi chế phẩm. Thứ hai, hai dấu ấn tế bào oligodendroglial, 2',3'-nucleotide chu kỳ 3'-phosphohydrolase (EC 3.1.4.37) và glycerol phosphate dehydrogenase (EC 1.1.1.8) đã được giám sát. Thứ ba, sự điều chỉnh của sự tích lũy AMP vòng trong mỗi loại văn hóa đã được kiểm tra. Ngoài những nghiên cứu này, chúng tôi đã khảo sát ảnh hưởng của chiết xuất não và dibutyryl cAMP lên hình thái vĩ mô và cấu trúc siêu vi của mỗi chế phẩm. Những tác nhân này kích thích sự hình thành quá trình thần kinh đệm mà không có bất kỳ ảnh hưởng hình thái nào rõ ràng lên các oligodendrocyte. Tổng thể, các kết quả chỉ ra rằng các văn hóa tinh khiết của tế bào thần kinh đệm và oligodendrocyte có thể được chuẩn bị và duy trì. Những chế phẩm này sẽ hỗ trợ đáng kể trong nỗ lực khảo sát sinh hóa, sinh lý và hóa học dược phẩm của hai loại tế bào chính của hệ thần kinh trung ương này.

Một yếu tố dinh dưỡng thần kinh mạnh mẽ đã được tinh chế và nhân bản, giúp nâng cao khả năng sống sót của các nơron dopaminergic ở giữa não. Yếu tố dinh dưỡng thần kinh xuất phát từ dòng tế bào thần kinh đệm (GDNF) là một homodimer glycosyl hóa, có liên kết disulfide và là thành viên xa xôi liên quan đến siêu họ yếu tố tăng trưởng biến đổi β. Trong các mô hình nuôi cấy giữa não phôi, GDNF tái tổ hợp ở người đã thúc đẩy khả năng sống sót và sự biệt hóa hình thái của các nơron dopaminergic, đồng thời tăng cường sự tiếp nhận dopamine với ái lực cao của chúng. Những tác động này tương đối đặc hiệu; GDNF không làm tăng tổng số nơron hoặc số lượng tế bào thần kinh đệm, cũng như không làm tăng sự tiếp nhận chất truyền dẫn của các nơron chứa γ-aminobutyric và serotonin. GDNF có thể có ích trong việc điều trị bệnh Parkinson, một bệnh đặc trưng bởi sự suy thoái tiến triển của các nơron dopaminergic ở giữa não.

Việc hiểu biết về các tương tác giữa tế bào điều khiển sự phát triển và chức năng của hệ thần kinh trung ương (CNS) từ lâu đã bị giới hạn bởi việc thiếu các phương pháp tách biệt sạch sẽ các loại tế bào thần kinh. Ở đây, chúng tôi mô tả các phương pháp để tách rời và tinh chế có triển vọng các tế bào thần kinh đệm, tế bào thần kinh và tế bào oligodendrocyte từ não trước phát triển và trưởng thành của chuột. Chúng tôi đã sử dụng FACS (phân loại tế bào hoạt động bằng huỳnh quang) để tách rời các tế bào thần kinh đệm từ chuột chuyển gen biểu hiện protein huỳnh quang xanh lá cây tăng cường (EGFP) dưới sự điều khiển của một trình điều khiển S100β. Bằng cách sử dụng Affymetrix GeneChip Arrays, chúng tôi đã tạo ra một cơ sở dữ liệu transcriptome về mức độ biểu hiện của hơn 20,000 gen bằng cách lập hồ sơ gen cho ba loại tế bào thần kinh chính của CNS ở các độ tuổi sau sinh khác nhau từ ngày sau sinh thứ nhất (P1) đến P30. Cơ sở dữ liệu này cung cấp một đặc điểm và so sánh toàn cầu chi tiết về các gen được biểu hiện bởi các tế bào thần kinh đệm, tế bào thần kinh và tế bào oligodendrocyte đã được tách rời một cách cấp tính. Chúng tôi phát hiện rằng Aldh1L1 là một dấu ấn kháng nguyên đặc hiệu cao cho các tế bào thần kinh đệm với kiểu hình biểu hiện tế bào thần kinh đệm rộng hơn đáng kể so với dấu ấn tế bào thần kinh đệm truyền thống GFAP. Các tế bào thần kinh đệm được làm giàu trong các con đường chuyển hóa và tổng hợp lipid cụ thể, cũng như các con đường phagocytic draper/Megf10 và Mertk/integrin α_vβ₅ cho thấy rằng các tế bào thần kinh đệm là những thực bào chuyên nghiệp. Những phát hiện của chúng tôi đặt ra câu hỏi về khái niệm về một lớp tế bào “tế bào đệm” khi mà hồ sơ gen của các tế bào thần kinh đệm và tế bào oligodendrocyte không tương đồng với nhau như chúng là với các tế bào thần kinh. Cơ sở dữ liệu transcriptome này của các tế bào thần kinh đệm, tế bào thần kinh và tế bào oligodendrocyte đã được tách rời và tinh chế cung cấp một tài nguyên cho cộng đồng thần kinh học bằng cách cung cấp các dấu ấn cụ thể cho loại tế bào tốt hơn và hiểu rõ hơn về sự phát triển, chức năng và bệnh lý thần kinh.

Striatum, thành phần chính của các hạch nền trong não, được điều chỉnh một phần bởi đầu vào dopaminergic từ substantia nigra. Những rối loạn vận động nghiêm trọng xuất hiện do sự mất dopamine ở striatum trong bệnh nhân Parkinson. Những con chuột bị tổn thương đường dẫn dopamin nigrostriatal do 6-hydroxydopamine (6-OHDA) được sử dụng như một mô hình cho bệnh Parkinson và cho thấy sự thay đổi trong biểu hiện gen ở hai hệ thống đầu ra chính của striatum tới globus pallidus và substantia nigra. Các tế bào thần kinh striatopallidal cho thấy sự gia tăng trong biểu hiện đặc hiệu các ARN thông tin (mRNAs) mã hóa cho thụ thể dopamine D₂ và enkephalin do 6-OHDA gây ra, hiện tượng này được đảo ngược bằng việc điều trị liên tục bằng chất đối kháng D₂ quinpirole. Ngược lại, các tế bào thần kinh striatonigral cho thấy sự giảm trong biểu hiện đặc hiệu các mRNAs mã hóa cho thụ thể dopamine D₁ và substance P do 6-OHDA gây ra, điều này được đảo ngược bằng các tiêm hàng ngày chất đối kháng D₁ SKF-38393. Phương pháp điều trị này cũng làm tăng mRNA dynorphin ở các tế bào thần kinh striatonigral. Do đó, các tác động khác nhau của dopamine lên các tế bào thần kinh striatonigral và striatopallidal được trung gian bởi sự biểu hiện đặc hiệu của hai loại thụ thể dopamine D₁ và D₂, tương ứng.

Sự phát triển của tính chọn lọc đối với kích thích trong vỏ não cảm giác chính của các động vật có xương sống bậc cao được xem xét trong một khuôn khổ toán học tổng quát. Một sơ đồ tiến hoá synapse kiểu mới được đề xuất, trong đó các kiểu hình đưa vào chứ không phải các nhánh cảm giác hội tụ cạnh tranh với nhau. Sự thay đổi trong hiệu quả của một synapse nhất định không chỉ phụ thuộc vào hoạt động của các synapse trước và sau ngay lập tức mà còn phụ thuộc vào giá trị trung bình theo thời gian thay đổi chậm của hoạt động sau synapse. Giả sử một dạng phi tuyến phù hợp cho sự phụ thuộc này, sự phát triển của tính chọn lọc đạt được dưới các điều kiện khá tổng quát về môi trường cảm giác. Không yêu cầu tính phi tuyến của khả năng tích hợp của neuron cũng như không cần giả định bất kỳ dạng nào cho mạch não trong. Điều này được minh hoạ lần đầu tiên trong những trường hợp đơn giản, ví dụ, khi môi trường bao gồm chỉ hai kích thích khác nhau được trình bày luân phiên theo cách ngẫu nhiên. Tuyên bố chính thức tiếp theo được đưa ra: trạng thái của hệ thống hội tụ với xác suất 1 đến các điểm có tính chọn lọc tối đa trong không gian trạng thái. Tiếp theo, chúng tôi xem xét vấn đề phát triển sớm của tính chọn lọc về phương hướng và tương tác hai mắt trong vỏ não thị giác chính. Bằng cách tạo ra một hình thức môi trường phù hợp, chúng tôi thu được các đường cong điều chỉnh phương hướng và sự thống trị mắt so sánh với những gì quan sát được ở các con mèo hoặc khỉ trưởng thành nuôi dưỡng bình thường. Các mô phỏng với đầu vào hai mắt và nhiều loại môi trường bình thường hoặc thay đổi cho thấy sự phù hợp tốt với dữ liệu thực nghiệm liên quan. Các thí nghiệm được gợi ý để có thể kiểm tra lý thuyết của chúng tôi thêm.

Nghiên cứu này đã xem xét hồ sơ tạm thời của tổn thương tế bào thần kinh do thiếu máu gây ra sau khi gây thiếu máu não thoáng qua hai bên ở mô hình chuột bị tắc bốn mạch. Chuột Wistar đã được trải qua tình trạng thiếu máu não thoáng qua nhưng nghiêm trọng bằng cách tắc nghẽn vĩnh viễn các động mạch đốt sống và 24 giờ sau đó tạm thời tắc nghẽn các động mạch cảnh chung trong thời gian 10, 20 hoặc 30 phút. Lưu lượng máu động mạch cảnh được phục hồi và chuột đã bị giết bằng cách cố định perfusion sau 3, 6, 24 và 72 giờ. Những con chuột có cơn co giật sau thiếu máu đã bị loại bỏ. Tổn thương tế bào thần kinh do thiếu máu được chấm điểm theo các tiêu chí bệnh lý thần kinh thông thường. Mười phút tắc bốn mạch đã tạo ra những thay đổi tế bào do thiếu máu rải rác trong các bán cầu não của hầu hết các con chuột. Thời gian khởi phát tổn thương tế bào thần kinh có thể quan sát thay đổi giữa các vùng não và ở một số vùng thì trở nên tồi tệ hơn theo thời gian. Sau 30 phút thiếu máu, các tế bào thần kinh vân nhỏ đến vừa đã bị tổn thương sớm trong khi sự khởi đầu của tổn thương có thể quan sát thấy ở các tế bào thần kinh hồi hải mã trong vùng h1 bị trì hoãn từ 3 đến 6 giờ. Số lượng tế bào thần kinh bị tổn thương trong vỏ não mới (lớp 3, các lớp 5 và 6, hoặc cả hai) và hồi hải mã (h1, h3–5, vùng trung gian) đã tăng đáng kể (p < 0.01) giữa 24 và 72 giờ. Sự trì hoãn đặc trưng trong sự khởi phát của thay đổi tế bào do thiếu máu và sự gia tăng liên tục của tỷ lệ bị ảnh hưởng giữa 24 và 72 giờ có thể phản ánh sự xuất hiện muộn của thay đổi do thiếu máu trong các tế bào thần kinh đã chết trước đó hoặc một tổn thương muộn vẫn tiếp tục đe dọa các tế bào thần kinh bị tổn hại nhưng còn khả thi trong giai đoạn sau thiếu máu.

Các tế bào gốc biến đổi đã được tách biệt từ một số loại ung thư ở người. Chúng tôi báo cáo rằng, khác với các loại ung thư não khác, glioblastoma multiforme chết người chứa các tiền thân thần kinh có đủ tất cả các đặc điểm quan trọng mà chúng ta mong đợi từ các tế bào gốc thần kinh. Những tiền thân này tương tự, nhưng không giống hệt, với các tế bào gốc thần kinh bình thường; chúng xuất hiện như là đơn năng (tế bào sao) trong cơ thể và đa năng (thần kinh-tế bào sao-tế bào oligodendroglial) trong văn hóa. Quan trọng hơn, những tế bào này có thể đóng vai trò như các tế bào gốc gây khối u xuống cấp độ đơn dòng và có thể thiết lập các khối u giống hệt như các đặc trưng mô học, tế bào học và kiến trúc chính của căn bệnh ở người, ngay cả khi bị thách thức qua việc cấy ghép liên tiếp. Do đó, các tế bào sở hữu tất cả các đặc điểm mong đợi từ các tế bào gốc thần kinh trong khối u dường như có liên quan đến sự phát triển và tái phát của glioblastomas multiforme ở người lớn.

Hoạt động tăng cường của các tế bào thần kinh chứa dopamine trong khu vực vỏ não thông khí là cần thiết cho hiệu ứng củng cố của các opioid và các loại thuốc lạm dụng khác. Ghi nhãn nội bào từ các tế bào này trong lát cắt não chuột in vitro cho thấy opioid không ảnh hưởng đến các tế bào chính (chứa dopamine) mà làm giảm phân cực các tế bào trung gian thứ cấp (chứa GABA). Các thí nghiệm với các chất chủ vận và chất đối kháng cho các phân loại thụ thể opioid chỉ ra rằng việc giảm phân cực của các tế bào thứ cấp có liên quan đến thụ thể mu. Hầu hết các tế bào chính cho thấy sự thế năng tạo đồng bộ nhạy cảm với bicuculline tự phát khi nồng độ kali ngoài tế bào tăng từ 2.5 lên 6.5 hoặc 10.5 mM; các hiện tượng này bị ngăn chặn bởi TTX và được cho là do các xung động hành trình phát sinh từ các tế bào trung gian địa phương giảm phân cực nhẹ. Tần số của các thế năng tạo đồng bộ này, nhưng không phải là biên độ của chúng, bị giảm bớt bởi opioid chọn lọc cho thụ thể mu. Kết luận rằng opioid giảm phân cực các tế bào trung gian, làm giảm đầu vào synapse trung gian GABA tự phát đến các tế bào dopamine. In vivo, điều này sẽ dẫn đến kích thích các tế bào dopamine qua sự không ức chế, điều này có thể góp phần vào sự củng cố tích cực được thấy với các chất chủ vận mu-thụ thể như morphine và heroin.