Purkyňova buňka - Purkinje cell

Purkyňova buňka
PurkinjeCell.jpg
Kresba holubích purkinských buněk (A) od Santiaga Ramona y Cajala
Podrobnosti
Výslovnost / P ɜːr k ɪ n i / účel, jímž je KIN -jee
Umístění Mozeček
Tvar plochý dendritický altán
Funkce neuron inhibiční projekce
Neurotransmiter GABA
Presynaptické spojení Paralelní vlákna a lezecká vlákna
Postsynaptické spojení Cerebelární hluboká jádra
Identifikátory
Pletivo D011689
NeuroNames 365
NeuroLex ID sao471801888
TA98 A14.1.07.404
FMA 67969
Anatomické termíny neuroanatomie

Purkinje buňky nebo Purkinje neurony jsou třídou GABAergních inhibičních neuronů umístěných v mozečku . Pojmenovány jsou podle svého objevitele, českého anatoma Jana Evangelisty Purkyně , který buňky charakterizoval v roce 1839.

Struktura

Příčný řez mozečku folium . (Purkyňova buňka označená uprostřed uprostřed.)
Stříbrná skvrna mozečku zobrazující Purkyňovy buňky.
Purkyňovy buňky. Bielschowsky skvrna .
Konfokální mikroskopický obraz mozečkových Purkyňových buněk exprimujících tdTomato

Tyto buňky jsou jedny z největších neuronů v lidském mozku ( Betzovy buňky jsou největší) se složitě propracovaným dendritickým trnem, který se vyznačuje velkým počtem dendritických trnů . Purkyňovy buňky se nacházejí ve vrstvě Purkinje v mozečku . Buňky Purkinje jsou zarovnány jako domina naukladaná jedna před druhou. Jejich velké dendritické trny tvoří téměř dvourozměrné vrstvy, kterými procházejí rovnoběžná vlákna z hlubších vrstev. Tato paralelní vlákna vytvářejí relativně slabší excitační ( glutamátergní ) synapse k trnům v dendritu Purkyňových buněk, zatímco šplhající vlákna pocházející z nižšího olivárního jádra v dřeně poskytují velmi silný excitační vstup do proximálních dendritů a buněčného soma. Paralelní vlákna procházejí ortogonálně dendritickým altánem Purkyňových neuronů, přičemž až 200 000 paralelních vláken tvoří synapsi Granule-buňka-Purkinje-buňka s jedinou Purkyňovou buňkou. Každá buňka Purkinje obdrží přibližně 500 synapsí lezeckých vláken, všechny pocházejí z jednoho lezeckého vlákna. Buněčné i hvězdicovité buňky (nacházející se v cerebelární molekulární vrstvě ) poskytují inhibiční (GABAergní) vstup do Purkyňových buněk, přičemž košíkové buňky se synchronizují na počátečním segmentu axonů Purkyňových buněk a hvězdicovité buňky na dendrity.

Buňky Purkinje vysílají inhibiční projekce do hlubokých mozečkových jader a představují jediný výstup veškeré motorické koordinace v mozkové kůře.

Molekulární

Purkyňova vrstva mozečku, který obsahuje buněčné skupiny Purkyňových buněk a Bergmann glie , exprimují velké množství unikátních genů. Purkinje-specifické genové markery byly také navrženy porovnáním transkriptomu myší s nedostatkem Purkinje s myší divokého typu. Jedním ilustrativním příkladem je protein 4 Purkinje buněk ( PCP4 ) u knockoutovaných myší , které vykazují zhoršené lokomoční učení a výrazně změněnou synaptickou plasticitu v Purkyňových neuronech. PCP4 urychluje jak asociaci, tak disociaci vápníku (Ca 2+ ) s kalmodulinem (CaM) v cytoplazmě Purkyňových buněk a jeho absence narušuje fyziologii těchto neuronů.

Rozvoj

Embryonální výzkum savců podrobně popsal neurogenní původ Purkyňových buněk. Během raného vývoje vznikají Purkyňovy buňky v komorové zóně v nervové trubici, předchůdci nervového systému v embryu. Všechny mozečkové neurony pocházejí z zárodečné neuroepithelie z komorové zóny. Buňky Purkinje jsou specificky generovány z progenitorů v komorovém neuroepitelu embryonálního cerebelárního primordia. První buňky generované z cerebelárního primordia tvoří víčko nad diamantovou dutinou vyvíjejícího se mozku nazývanou čtvrtá komora tvořící dvě mozečkové hemisféry. Buňky Purkinje, které se vyvíjejí později, jsou těmi v centru ležící části mozečku nazývané vermis. Vyvíjejí se v cerebelárním primordiu, které pokrývá čtvrtou komoru a pod puklinovou oblastí nazývanou šíje vyvíjejícího se mozku. Purkyňovy buňky migrují směrem k vnějšímu povrchu mozkové kůry a tvoří Purkyňovu buněčnou vrstvu.

Purkyňovy buňky se rodí v nejranějších stádiích mozkové neurogeneze. Neurogenin2, společně s neurogeninem1, jsou přechodně exprimovány v omezených doménách komorového neuroepitelu během časového okna vzniku Purkyňových buněk. Tento časoprostorový distribuční vzorec naznačuje, že neurogeniny se podílejí na specifikaci fenotypově heterogenních podmnožin Purkyňových buněk, které jsou v konečném důsledku odpovědné za konstrukci rámce mozečkové topografie.

U myší a lidí existují důkazy, že buňky kostní dřeně buď splynou s buňkami Purkyňových buněk, nebo je vytvoří, a je možné, že buňky kostní dřeně, buď přímou generací nebo fúzí buněk, by mohly hrát roli při opravě poškození centrálního nervového systému. Další důkazy ukazují ještě k možnosti společného kmenových buněk předchůdce mezi Purkyňových neuronů, B-lymfocyty a aldosteronu produkující buňky lidské kůry nadledvin .

Funkce

Protein 4 Purkinje buněk ( PCP4 ) je výrazně imunoreaktivní v Purkyňových buňkách lidského mozečku. Zhora dolů 40X, 100X a 200X mikroskopické zvětšení. Imunohistochemie byla provedena na základě publikovaných metod.
Mikroobvod mozečku. Excitační synapse jsou označeny (+) a inhibiční synapsí (-).
MF: Mechové vlákno .
DCN: Hluboká mozečková jádra .
IO: Podřadná oliva .
CF: Lezecké vlákno .
GC: Granulovaná buňka .
PF: Paralelní vlákno .
PC: Purkyňova buňka.
GgC: Golgiho buňka .
SC: Stellátová buňka .
BC: Košík buňka .

Purkyňovy buňky vykazují dvě odlišné formy elektrofyziologické aktivity:

  • Jednoduché hroty se vyskytují při frekvencích 17 - 150 Hz (Raman a Bean, 1999), buď spontánně, nebo když jsou Purkinjeho buňky aktivovány synapticky paralelními vlákny, axony buněk granulí.
  • Komplexní špičky jsou pomalé špičky o 1–3 Hz, charakterizované počátečním prodlouženým špičkovým pohybem s velkou amplitudou, po kterém následuje vysokofrekvenční výbuch akčních potenciálů s menší amplitudou. Jsou způsobeny aktivací lezení vláken a mohou zahrnovat generování akčních potenciálů zprostředkovaných vápníkem v dendritech. Po komplexní aktivitě hrotů mohou být jednoduché hroty potlačeny silným komplexním vstupem hrotů.

Buňky Purkinje vykazují spontánní elektrofyziologickou aktivitu ve formě řady hrotů závislých na sodíku i na vápníku. To původně ukázali Rodolfo Llinas (Llinas a Hess (1977) a Llinas a Sugimori (1980)). Kalciové kanály typu P byly pojmenovány podle Purkyňových buněk, kde se s nimi původně setkalo (Llinas et al. 1989), které jsou zásadní pro mozečkovou funkci. Nyní víme, že aktivace Purkyňovy buňky lezením vláken může přesunout její aktivitu z klidového stavu do spontánně aktivního stavu a naopak, což slouží jako druh přepínacího spínače. Tato zjištění byla zpochybněna studií naznačující, že k takovému přepínání vstupů šplhacích vláken dochází převážně u anestetizovaných zvířat a že Purkyňovy buňky u vzhůru se chovajících zvířat obecně fungují téměř nepřetržitě ve státě. Ale tato druhá studie byla sama zpochybněna a přepínání Purkyňových buněk bylo od té doby pozorováno u bdělých koček. Výpočtový model Purkyňovy buňky ukázal, že za přepínání jsou zodpovědné intracelulární kalciové výpočty.

Zjištění naznačují, že dendrity Purkyňových buněk uvolňují endokanabinoidy, které mohou přechodně downregulovat excitační i inhibiční synapse. Režim vnitřní aktivity Purkyňových buněk je nastaven a řízen sodno-draselnou pumpou . To naznačuje, že pumpa nemusí být jednoduše homeostatickou „úklidovou“ molekulou pro iontové gradienty. Místo toho by to mohl být výpočetní prvek v mozečku a mozku. Opravdu, mutace v Na+
- K.+
pumpa způsobuje rychlý nástup dystonie parkinsonismus; její symptomy naznačují, že se jedná o patologii mozečkových výpočtů. Kromě toho pomocí jedu ouabain zablokovat Na+
- K.+
pumpy v mozečku živé myši vyvolávají ataxii a dystonii . Numerické modelování experimentálních dat naznačuje, že in vivo Na+
- K.+
pumpa vytváří dlouhé klidové interpunkce (>> 1 s) na Purkinjeho vypalování neuronů; ty mohou mít výpočetní úlohu. Alkohol inhibuje Na+
- K.+
pumpuje do mozečku a je pravděpodobné, že to zkazí mozečkový výpočet a koordinaci těla.

Klinický význam

U lidí mohou buňky Purkinje poškodit různé příčiny: toxická expozice, např. Alkoholu nebo lithiu; autoimunitní onemocnění ; genetické mutace způsobující spinocerebelární ataxie, glutenová ataxie , Unverricht-Lundborgova nemoc nebo autismus ; a neurodegenerativní onemocnění, o nichž není známo, že mají genetický základ, jako je mozečkový typ atrofie mnohočetného systému nebo sporadické ataxie.

Glutenová ataxie je autoimunitní onemocnění vyvolané požitím lepku . Smrt Purkyňových buněk v důsledku expozice lepku je nevratná. Včasná diagnostika a léčba bezlepkovou dietou může zlepšit ataxii a zabránit její progresi. Méně než 10% lidí s ataxií lepku má jakýkoli gastrointestinální symptom, přesto asi 40% má poškození střeva. Představuje 40% ataxií neznámého původu a 15% všech ataxií.

Neurodegenerativní onemocnění, spinocerebelární ataxie typu 1 (SCA1) je způsobena nestabilní expanze polyglutaminové v ataxin 1 proteinu. Tento defekt v proteinu Ataxin 1 způsobuje poškození mitochondrií v Purkyňových buňkách, což vede k předčasné degeneraci Purkyňových buněk. V důsledku toho klesá motorická koordinace a nakonec nastává smrt.

Některá domácí zvířata mohou vyvinout stav, kdy Purkyňovy buňky začnou atrofovat krátce po narození, nazývané cerebelární abiotrofie . Může to vést k symptomům, jako je ataxie , třes záměru, hyperreaktivita, nedostatek hrozivého reflexu , ztuhlá nebo vysoko stupňovaná chůze, zjevná nedostatečná informovanost o poloze chodidla (někdy stoje nebo chůze s chodidlem pokrčenýma) a obecná neschopnost určit prostor a vzdálenost. Podobný stav známý jako cerebelární hypoplazie nastává, když se Purkyňovy buňky nerozvinou in utero nebo odumřou před narozením.

Genetické podmínky ataxia telangiectasia a Niemann Pickova choroba typu C, stejně jako cerebelární esenciální třes , zahrnují postupnou ztrátu Purkyňových buněk. U Alzheimerovy choroby je někdy pozorována spinální patologie, stejně jako ztráta dendritických větví Purkyňových buněk. Buňky Purkinje mohou být také poškozeny virem vztekliny při migraci z místa infekce na periferii do centrálního nervového systému.

Etymologie

Buňky Purkinje jsou pojmenovány podle českého vědce Jana Evangelisty Purkyně, který je objevil v roce 1839.

Reference

externí odkazy

Další čtení