Transneuronální degenerace - Transneuronal degeneration

Transneuronální degenerace je smrt neuronů vyplývající z narušení vstup z nebo výstup do dalších blízkých neurony.[1] Je to aktivní excitotoxický proces když je neuron nadměrně stimulován neurotransmiterem (nejčastěji glutamátem)[2] způsobení dysfunkce tohoto neuronu (buď jeho poškození, nebo jeho usmrcení), která pohání sousední neurony do metabolického deficitu, což vede k rychlé a rozsáhlé ztrátě neuronů. Může to být anterográdní nebo retrográdní, což naznačuje směr degenerace vzhledem k původnímu místu poškození (viz typy ). Existují různé příčiny transneuronální degenerace, jako je mozek léze, syndromy odpojení, interakce neuronů s deficitem dýchacího řetězce a lobektomie. I když existují různé příčiny, transneuronální degenerace má obecně různé účinky (ať už jsou buněčné, dendritické nebo axonální). Transneuronální degenerace je považována za spojenou s řadou nemocí, zejména Huntingtonova choroba a Alzheimerova choroba a vědci v poslední době provádějí experimenty s opicemi a potkany a monitorují léze v různých částech těla, aby podrobněji studovali, jak přesně tento proces funguje.

Typy

Transneuronální degeneraci lze rozdělit do dvou obecných kategorií: anterográdní a retrográdní.

Anterográdní transneuronální degenerace

Anterográdní transneuronální degenerace je degenerace způsobená ztrátou vstupů; nastává, když neuron v centrální nervový systém je poškozený a způsobuje degeneraci a postsynaptický neuron spojené s podobnou funkcí jako presynaptický neuron.[3] Často se nazývá „umírající vpřed“ a označuje se také jako transsynaptická degenerace.[4] Anterográdní degenerace může nastat v pozdním stadiu poranění mozku a vést k diaschisis.[5]

Retrográdní transneuronální degenerace

Retrográdní transneuronální degenerace je degenerace způsobená ztrátou trofický podpora od cíle. Vyskytuje se v presynaptických buňkách, které odesílají vstupy do poškozených postsynaptických buněk.[3] Často se tomu říká „umíráme pozpátku“. Tento typ degenerace lze vidět v Amyotrofní laterální skleróza. Ztráta Betz buňky je proměnlivý účinek tohoto onemocnění, ale ztráta těchto buněk u tohoto onemocnění ukazuje „umírání“ (axonopatie ) kvůli změnám v horních motorických neuronech.[4]

Prezentace

Přidružené nemoci

Huntingtonova choroba a atrofie více systémů

Studie ukazuje, že po excitotoxický zranění striatum dospělých potkanů ​​dochází v anterográdní transneuronální degeneraci substantia nigra pars reticulata. To má za následek buněčnou smrt, která není apoptotická. Je třeba provést více studií; předpokládá se však, že to může souviset Huntingtonova choroba a atrofie více systémů ve kterém dochází k velké striatální neuronální ztrátě následované značnou ztrátou neuronů v substantia nigra pars reticulata.[6]

Alzheimerova choroba

Reorganizaci buněčných struktur, která je výsledkem transneuronální degenerace, lze vidět na Alzheimerova choroba. Předpokládá se, že anterográdní transneuronální degenerace způsobuje hyperfosforylace z tau protein a redistribuce těchto proteinů z axonu na dendrity, což začíná rozklad mechanismů směrování a třídění.[7]

Cockaynův syndrom

Cockaynův syndrom výsledky mutace v genech, které interferují s transkripčně vázanou opravou jaderný a mitochondriální DNA, replikace, a transkripce. Neuronální smrt je převážně v mozeček, ale toto onemocnění také způsobuje apoptóza v purkinje buňky a způsobí, že mají dystrofické dendrity. Ztráta senzorických receptorů v kochlea, předsíně, a sítnice výsledek v ganglion degenerace a transneuronální degenerace. Demyelinizace také výsledky jako oligodendrocyty a Schwannovy buňky jsou zabiti.[8]

Amyotrofní laterální skleróza

Důkazy podporují teorii, že Amyotrofní laterální skleróza způsobuje anterográdní dengeneraci kortikomotoneurony. Hyperexcitovatelné kortikomotoneurony jezdí vpředu buňky rohu do metabolického deficitu, což má za následek degeneraci buněk a smrt. Pokud k tomuto exocitotoxickému procesu dojde rychle, má to za následek rychlejší smrt buněk předního rohu, což vede k onemocnění dolních motorických neuronů.[4]

Příčiny

Existuje několik různých mechanismů, kterými může nastat transneuronální degenerace. Technickou příčinou transneuronální degenerace je smrt neuronů v důsledku narušení vstupu nebo výstupu do jiných blízkých neuronů.[1]

Léze

Anterográdní a retrográdní transneuronální degenerace je typicky pozorována u lidí kolem léze v limbický, vizuální nebo dentát-rubro-olivové cesty.[9] Léze na mozku způsobují patologické změny, které mohou způsobit anterográdní transneuronální degeneraci a vést k degeneraci systému.[10] Mozkové léze vytvářejí strukturální nebo přechodnou deafferntaci (přerušení nebo eliminace impulzů senzorických nervů zraněním nebo poškozením senzorických nervových vláken)[11] protože poranění oblasti způsobuje ztrátu excitačního vstupu do jiných oblastí v mozku, což způsobuje, že méně reagují na podněty. Pozdní sekundární transneuronální degenerace může také nastat v pozdním stádiu po poranění mozku protože po době latence následuje deafferentace neuroplastické přeskupení. Tato deaferentace vytváří přerušení složitých obvodů, což může vést k transneuronální strukturální degeneraci.[5] Ačkoli studie ukázaly, že léze mohou vést k transneuronální degeneraci, léze v somatický motorický systém nemusí to způsobit. Není mnoho informací o tom, jak transneuronální degenerace ovlivňuje somatický motorický systém. Je nepravděpodobné, že by došlo k anterográdní transneuronální degeneraci, protože motorické neurony často vykazují konvergenci (přijímají vstup z celé řady aferentních systémů). Transneuronální degenerace dolních motorických neuronů není u pacientů s cévní mozkovou příhodou přítomna po poškození horních motorických neuronů. Kromě toho kortikální míšní trakt léze nezpůsobují anterográdní transneuronální degeneraci buňky páteře předního rohu.[9]

Syndrom odpojení

Syndromy odpojení, definované jako jakákoli neurologická porucha způsobená přerušením přenosu impulsů po drahách mozkových vláken,[12] může způsobit poškození mozku bílé hmoty, což vede k sekundární ztrátě neuronů a transneuronální degeneraci. K sekundární ztrátě neuronů dochází v důsledku v oblastech, které jsou silně spojeny s přerušenými trakty nebo omezenou kůrou během přední temporální lobektomie. Temporální lalok léze také způsobují transneuronální degeneraci, jejíž účinky lze pozorovat v fornix, mammilární těla a kontralaterální mozeček.[13]

Vývoj neuronů s nedostatkem dýchacího řetězce

Nedávno bylo prokázáno, že transneuronální degenerace může být také způsobena vývojem neuronů s nedostatkem dýchacího řetězce de novo mitochondriální mutace DNA, které jsou obvykle spojeny se stárnutím savců. Neurony s nedostatkem dýchacího řetězce mají nepříznivý účinek na normální sousední neurony a vyvolávají smrt prostřednictvím transneuronální degenerace.[14] Transneuronální degenerace se v těchto případech zrychluje během procesu stárnutí, protože ostatní systémy údržby buněk jsou již poškozeny, stejně jako v přítomnosti mitochondriální nemoc, kde mají rádi jiné než neuronální buňky gliové buňky a astrocyty mají také nedostatek dýchacího řetězce. To také znamená, že transneuronální degenerace může zvýšit následky u pacientů s degenerativními procesy, jako je Alzheimerova choroba (viz přidružené nemoci ) kvůli poškození neuronů z již přítomných lézí. Jelikož jsou neurony spojeny v trofických jednotkách, může tato transneuronální degenerace vést v průběhu času k podstatné buněčné smrti.[14]

Lobektomie

Odstranění částí mozku zvířete lze provést k vyvolání transneuronální degenerace. Výsledkem transneuronální degenerace je náhlá masivní ztráta vstupu z čichová žárovka poté, co byl odstraněn.[15] Odstranění levá hemisféra u opic způsobila retrográdní transneuronální degeneraci gangliové buňky sítnice který ovlivnil hlavně foveální okraj. To také vedlo ke snížení počtu neurony v parvocelulární a magnocelulární vrstvy.[16] Důkaz úbytku gangliových buněk sítnice v souladu s retrográdní transsynaptickou degenerací byl také prokázán in vivo optickou koherentní tomografií u lidí.[17]

Patofyziologie

Buněčný

Transneuronální degenerace vytváří v postižených buňkách mnoho charakteristik. Samotné buňky mají tendenci se zmenšovat, což je nejlépe vidět na cytoplazmatickém a jaderném smršťování. Materiál nukleové kyseliny se reorganizuje a rozlišuje se mezi jádro a cytoplazma se zmenšuje.[3] The jaderná membrána se často oddělí. To způsobí nárůst elektronová hustota v cytoplazmě kvůli zvýšené koncentraci cytoplazmatického a nukleového obsahu. K této degeneraci jádra dochází v pozdější fázi než u cytoplazmatických účinků a vede ke zvýšení kondenzace chromatin agregace. The jádro také nahrazen velkým homogenním shlukem elektronově hustého materiálu.[15] Zdá se, že došlo k nárůstu počtu bezplatných ribozomy, ačkoli endoplazmatické retikulum Nezdá se, že by ztratil nějaké ribozomy. Mitochondrie endoplazmatické retikulum, Golgiho aparát a multivesikulární tělesa všechny se zdají bobtnat, i když to lze nejlépe vidět v mitochondriích, které se zdají bobtnat jako první. Lyzozomy Nezdá se, že by byly ovlivněny, ale v cytoplazmě se objevují velké prázdné vakuoly.[3]

Dendritické a axonální

Transneuronální degenerace ovlivňuje dendrity a axony také. V hlavních dendritických hřídelích je patrné smrštění. Koncentrace volných ribozomů se zvyšuje a je patrné zvýšení granulárního pozadí cytoplazmy. V počátečních částech dendritů je vidět mitochondriální otok a dilatace. Tento otok lze také pozorovat v endoplazmatickém retikulu a aparátech golgi.[3] Nejpozoruhodnějším účinkem je husté balení neurotubulů (neuronových mikrotubulů). U těžce zasažených buněk toto balení výrazně zmenšuje mezibuněčný prostor tak, aby nebyl širší než trubice. Při zkoumání buněk se tubulární obrys stává výraznějším. U axonů lze pozorovat podobné účinky. V mitochondriích a jiných vázaných na membránu je otok organely. Existuje také výrazné zvýšení cytoplazmatické zrnitosti a husté balení neurotubulů. Navzdory těmto změnám se synaptické specializace jeví beze změny.[3]

Stupně degenerace

Existují různé stupně degenerace. Při mírné degeneraci se cytoplazmatické oblasti zmenšují a zvyšují hustotu a bobtnají mitochondrie. Endomplazmatické retikulum a golgiho aparáty se však jeví beze změny. Jaderná membrána vypadá neporušená, ale v jaderném materiálu dochází ke ztrátě diferenciace. U vážněji zasažených buněk se separace mezi cytoplazmou a jádrem významně zmenšuje, což způsobuje, že cytoplazma je ještě hustší a zvyšuje hustotu elektronů. Neuroglia buňky jsou ovlivněny pouze v závažných případech. Vyplňují mezery, které byly zmenšeny kvůli ztrátě nebo atrofie dendritických terminálů. Astrocyty a mikroglie buňky štěpí rozpadající se organely a umírající neurony fagocytóza.[3]

Výzkum

Oční enukleace u opic makaků

Bylo provedeno mnoho studií na opicích a potkanech, které sledovaly vývoj transneuronální degenerace po poškození různých částí mozku. Enukleace oka vytváří transneuronální degeneraci. Byla provedena studie provádějící enukleaci oka makak opice zjistit, zda by tato degenerace vedla ke ztrátě neuronů. Jednalo se o první experiment provedený na dospělých zvířatech, který prokázal ztrátu neuronů po jednom roce, což je dlouhé období přežití pro tyto postižené buňky. Degenerace vedla k smršťování buněk a buněčné smrti a tyto příznaky byly po jednom roce hlubší než během prvních čtyř měsíců.[18]

Čichové odstranění u potkanů

Další studie se provádí na potkanech, u kterých čichová žárovka je odstraněn, má za následek neurony v primární čichová kůra u přípravků obsahujících stříbro se staly argyrofilní. To umožňuje vědcům prohlížet buňky pod elektronové mikroskopy a uvidíte, že tyto buňky rychle degenerují. První známky degenerace pozorované po odstranění baňky byly mitochondriální otok a poté zvýšení hustoty elektronů v cytoplazmě. Jaderné změny se projeví později, kdy chromatin kondenzuje a jádro nahradí velkými shluky elektronově hustého materiálu. Jakmile degenerace dostatečně postoupila, ribozomy se začaly rozptylovat po celé buňce. Některé buňky jsou poté fagocytovány astrocyty a mikrogliemi. Tato studie ukázala, že nejvíce buněk zasažených nekróza nebyly přímo spojeny s čichovou žárovkou, ale byly umístěny blíže povrchněji. To jim poskytlo hypotézu, že odstranění čichového bulbu má za následek transneuronální deafferentaci v důsledku obrovské náhlé ztráty vstupu z odstraněné mozkové tkáně.[15]

Jednostranná transekce děrovací dráhy u potkanů ​​a myší

Jednostranná transekce děrovací dráhy je metoda ke studiu toho, jak transneuronální degenerace vyplývá z denervace v centrálním nervovém systému. Stále probíhají studie zaměřené na zpevnění spojení mezi kandidátskými molekulami vytvářejícími změny v centrálním nervovém systému a postleisonálními změnami. Současné studie na potkanech a myších poskytly důkazy o tom, že buňky mikroglie přispívají k transneuronální degeneraci parvalbumin -pozitivní dendrity. Denervace v entorhinální-hippicampální oblast kontroly v mozcích myší vedlo k anterográdní neuronální degeneraci. To mělo za následek menší reakci mikroglií v této oblasti, když byla stimulována ve srovnání se skupinou divokého typu.[19]

Reference

  1. ^ A b "Transneuronální degenerace".
  2. ^ "Excitotoxicita".
  3. ^ A b C d E F G Pinching AJ, Powell TP (1971). "Ultrastrukturální rysy transneuronální degenerace v čichovém systému". J. Cell Sci. 8 (1): 253–287. PMID  4101588.
  4. ^ A b C Eisen A, Weber M (2001). "Motorická kůra a amyotrofická laterální skleróza". Muscle & Nerve. 24 (4): 564–573. doi:10,1002 / mus.1042. PMID  11268031.
  5. ^ A b Zappoli, R .; Zappoli, F .; Picchiecchio, A .; Chiaramonti, R .; Grazia Arneodo, M .; Zappoli Thyrion, G. D .; Zerauschek, V. (2002). „Frontální a parieto-temporální kortikální ablace a diaschisické účinky na sluchové neurokognitivní potenciály, které lze vyvolat ze zjevně neporušených ipsilaterálních asociačních oblastí u lidí: pět kazuistik“. International Journal of Psychophysiology. 44 (2): 117–142. doi:10.1016 / S0167-8760 (01) 00197-0. PMID  11909646.
  6. ^ Stefanis, L. & Burke, R.E. (1996). „Transneuronální degenerace u substantia nigra pars reticulata po striatálním excitotoxickém poškození u dospělých potkanů: časový průběh, distribuce a morfologie buněčné smrti“. Neurovědy. 74 (4): 997–1008. doi:10.1016/0306-4522(96)00175-3. PMID  8895868.
  7. ^ Su, J.H., Deng, G. a Cotman, C.W. (1997). „Transneuronální degenerace v šíření patologie Alzheimerovy choroby: imunohistochemické důkazy pro přenos tau hyperfosforylace“. Neurobiologie nemocí. 4 (5): 365–375. doi:10.1006 / nbdi.1997.0164. PMID  9440125.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  8. ^ Dickson, Dennis W., Rapin, Isabelle, Weidenheim a Karen M. (2009). „Neuropatologie Cockaynova syndromu: Důkazy o zhoršeném vývoji, předčasném stárnutí a neurodegeneraci“. Mechanismy stárnutí a rozvoje. 130 (9): 619–636. doi:10.1016 / j.mad.2009.07.006. PMID  19647012.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  9. ^ A b Terao, S., Li, M., Hashizume, Y., Osano, Y., Mitsuma, T. a Sobue, G. (1997). „Léze horních motorických neuronů u pacientů s cévní mozkovou příhodou neindukují anterográdní transneuronální degeneraci v buňkách páteře předního rohu“. Mrtvice. 28 (12): 2553–2556. doi:10.1161 / 01.str.28.12.2553. PMID  9412648.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  10. ^ Yamada, K., Goto, S., Yoshikawa, M., Okamura, A. a Ushio, Y. (1997). "Kontinuální intraventrikulární infúze léku pro in vivo studium transneuronální degenerace ve striatonigrálním systému krysy". Protokoly pro výzkum mozku. 1 (4): 371–377. doi:10.1016 / s1385-299x (97) 00013-5.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  11. ^ „Deafferentation“.
  12. ^ "Syndrom odpojení".
  13. ^ Devinsky, O. (2005). „Mýtus o tiché kůře a morbiditě epileptogenní tkáně: důsledky pro temporální lobektomii“. Epilepsie a chování. 7 (3): 383–398. doi:10.1016 / j.yebeh.2005.07.020.
  14. ^ A b Dufour, E., Terzioglu, M., Sterky, F.H., Sorensen, L., Galter, D., Olson, L., Wilbertz, J., a Larsson, N.G. (2008). „Deficit dýchacích řetězců mozaiky související s věkem způsobuje trans-neuronální degeneraci“. Hučení. Mol. Genet. 17 (10): 1418–1426. doi:10,1093 / hmg / ddn030. PMC  2367695. PMID  18245781.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  15. ^ A b C Heimer, L. a Kalil, R. (1978). "Rychlá transneuronální degenerace a smrt kortikálních neuronů po odstranění čichového bulbu u dospělých krys". J Comp Neurol. 178 (3): 559–609. doi:10,1002 / k.901780310. PMID  649783.
  16. ^ Boire, D, Herbin, M, Ptito A a Ptito M. (1996). "Neurální základy reziduálního vidění u hemikorticektomizovaných opic". Pokrok ve výzkumu mozku. 112 (1712): 385–404. doi:10.1016 / s0079-6123 (08) 63344-0. PMID  8979844.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  17. ^ Jindahra P, Petrie A, Plant G (2009). „Retrográdní transsynaptická retinální gangliová ztráta buněk identifikovaná optickou koherentní tomografií“. Mozek. 132 (3): 628–634. doi:10.1093 / brain / awp001. PMID  19224900.
  18. ^ Matthews, M.R. (1964). „Další pozorování transneuronální degenerace v laterálním genikulovaném jádru opice makakové“. J. Anat. 98 (98): 255–263. PMC  1261280. PMID  14157007.
  19. ^ Bechmann, Ingo, Deller, Thomas, Del Turco, Domenico a Rappert, Angelika. (2007). „The Dentate Gyrus: A Comprehensive Guide to Structure, Function, and Clinical Implications“. Pokrok ve výzkumu mozku. 163 (163): 501–528. doi:10.1016 / S0079-6123 (07) 63027-1. PMID  17765735.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)

Další čtení