מבוא לנוירוביולוגיה
מבוא לנוירוביולוגיה 22 נושא :2סוגי התאים השונים במערכת העצבים כאשר עוסקים במורכבות מערכת העצבים ,היא מתבטאת לא רק במבנים השונים אלא כם במורכבות סוגי התאים היוצרים את המערכת. תא העצב )(Neuron הנוירון מעביר את המידע במוח על ידי העברת זרמים חשמליים בין תאי העצב ותאי המטרה שלהם. הנוירון הוא תא מתמחה שהתמחותו מאפשרת לו להעביר זרמים הגורמים לשינוי בתאי המטרה – יהיו נוירונים או תאים אחרים כמו שרירים או בלוטות. בבחינת הנוירונים ניתן לראות שישנם סוגי נוירונים רבים ומגוונים בצורתם וגודלם .קיימים נוירונים קטנים שגודל גוף התא שלהם הוא 4מיקרונים; לעומת זאת ישנם נוירונים שגודלם יכול להגיע עד 0.1 מ"מ וכאלה שמגיעים לגודל של 1מ"מ. Apylsia californicaהוא חילזון ימי שבמערכת העצבים שלו ,המכילה גנגליאונים של גופי נוירונים ,קיים גנגליאון המכיל נוירון אחד – – R2שגודלו יכול להגיע עד ל" 1-ממ ,דהיינו ניתן לראות את התא בעין בלתי מזויינת .מכיוון שכך ,חילזון זה היווה מערכת ניסויית מאוד נוחה לעבודה ובעזרתה ד":ר אריק קנדל הצליח להבין את המנגנונים המולקולריים הנמצאים בבסיס תהליכי שמירה של זיכרון ולמידה וזכה על כך בפרס נובל. 11 המוח מכיל כמות עצומה של נוירונים – 100,000מיליון ) (10מספרם; בבחינת התכונות הביולוגיות של הנוירונים ניתן לראות שאלו תאים שהתמחו לקבלת/העברת סיגנל אולם יש לו גם תכונות המשותפות לכלל התאים :ממברנה ,גרעין ,מערכת סינטזת חלבונים ויצירת אנרגיה וכן כלל האברונים המוכרים מתאים. תודות להתמחות שלהם הנוירונים הינם גם בעלי מבנים הייחודיים להם :מתוך גוף התא יוצאות שלוחות אשר ,מבחינת הפונקציה והמבנה שלהם ,מוגדרות כדנדריטים ואקסונים: • דנדריטים – שלוחות היוצאות מגוף התא ומקבלים אינפורמציה שמגיעה לנוירון. • אקסונים – שלוחה 9היוצאת מגוף התא ותפקידה להוביל אינפורמציה מגוף התא לעבר תאי המטרה. נוירונים מעבירים מידע לתאי המטרה בתהליך אלקטרוכימי .כמו כן ,מעבר האינפורמציה נעשה גם באיזור שעבר התמחות הייחודי מבחינת הפעילות שלו – הסינפסה .מעבר האינפורמציה בסינפסה נעשה על ידי סיגנל כימי בעזרת מולקולות של נוירוטרנסמיטורים. הסינפסה החשמלית והנוירוטרנסמיטורים ייחודים לנוירונים. האינפורמציה שהדנדריט מקבל יכולה להיות הפעלה או עיכוב ) .(Activation/ Inhibitionהסיגנל מעובד ומתקבלת "החלטה" ליצירת פוטנציאל פעולה; פוטנציאל הפעולה נוצר בבסיס גוף התא – באיזור – Axon hillockומועבר לאורך האקסון. 9לרוב הנוירונים יש שלוחת אקסון בודדת למרות שיש מופעים עם שתי שלוחות או שלוחות מרובות. חמוטל בן דב החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2010 , נושא :2סוגי התאים השונים במערכת העצבים 23 האקסונים מגוונים מאוד באורכם ויכולים אף להגיע לאורך מטר )דוגמת ה ,Sciatic nerve-היוצא מחוט השדרה המספק עצבוב מוטורי לכף הרגל – אורך שיכול להגיע גם למטר ויותר ,בתלות בגיל ובגובה(. האקסון מבודד לאורכו במעטפת מיאלין והוא מסתיים בקצות האקסון ) .(Axon Terminalהעברת הסיגנל נעשית בסינפסה; הנוירון המעביר את האינפורמציה מכונה Pre-Synaptic Nerveבעוד שהתא – למשל נוירון – המקבל את האינפורמציה מכונה ).Post Synaptic (Nerve תכונות האקסון האקסונים הם עגולים ומובילים אינפורמציה; על פי רוב יש אקסון אחד בכל נוירון והם יכולים להיות עטופים במעטפת מיאלין; עם זאת ,לא כל האקסונים עטופים במעטפת זו .עובי שכבת המיאלין פרופרציונלי לעובי האקסון. מרגע שהאקסון מגיע לתא המטרה הוא יכול להסתעף על מנת לעצבב מספר תאים או לעצבב במספר נקודות את אותו התא .במהלך ההתפתחות של המערכת ,האקסונים מתפתחים בתאים לפני הדנדריטים. הקוטר והפונקציה של האקסונים נקבעים על ידי חלבוני השלד התאי המכונים נוירופילמנטים ומיקרוטובולים )Microtubules & .(Neurofillaments מהמיקרוטובולים .אל המיקרוטובולים נקשרים חלבונים ממשפחת כמות הנוירופילמנטים גדולה Microtubules Associated – Proteinsכאשר האקסונים עשירים בחלבון אחד ממשפחה זו הנקרא .tau החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2011 , חמוטל בן דב 24 מבוא לנוירוביולוגיה למרות שהאקסונים יכולים להיות גדולים וארוכים ,אין בתוך האקסונים סינטזה של חלבונים – אין ריבוזומים mRNA ,או סינטזה .מכאן שכל החלבונים הנמצאים באקסונים ובקצותיהם צריכים להיות מועברים מגוף התא. הענפים היוצאים מקצה האקסון הינם בעלי זווית יציאה קהה וקוטר הענפים דומה לקוטר הגזע הראשי. תכונות הדנדריטים מקבלים את האינפורמציה מבחוץ .בעלי שטח פנים מחוספס ) (roughמכיוון שהוא מלא במבני Dendritic Spinesשתפקידם ביצירת הסינפסה: מבנים אלו מתחברים לקצות שלוחות האקסונים הפרה-סינפטיים ויוצרים סינפסות. בדרך כלל ניתן למצוא הרבה דנדריטים בכל תא; הם אינם עטופים במיאלין ועוברים הסתעפויות בקרבת גוף התא )בניגוד לאקסונים ,בהם ההסתעפויות נמצאות במרחק מגוף התא( .מבחינה התפתחותית ,הדנדריטים נוצרים בשלב יותר מאוחר – לאחר שהנוירונים כבר שלחו את האקסונים שלהם החוצה. בבחינת ההרכב של הדנדריט ,ניתן למצוא תכולה הדומה להרכב הציטופלזמטי של גוף התא .השלד התאי של הדנדריטים פחות מאורגן מזה שבאקסונים; כמו כן ,להבדיל מהאקסון שמכיל בעיקר נוירופילמנטים, בדנדריטים נמצא בעיקר מיקרוטובולים .חלבון ה Microtubules Associated Proteins-השכיח בדנדריטים הוא .MAP2 גם הדנדריטים מכילים הסתעפויות – בזווית סיעוף חדה ועובי ההסתעפויות קטן מעובי הגזע .הדנדריטים בעלי יכולת ליצירת סיגנל פעולה ,אולם בסופו של דבר הסיגנל המהותי נוצר באקסון. בעמוד הבא :המחשת רשת מגעי הסינפסות .התמונה מציגה תרבית ראשונית ) (Primary Cultureשל נוירונים .10באדום מסומנים הדנדריטים על ידי סימון חלבון ה tubulin-של המיקרוטובולין ובירוק מסומן חלבון ה sinapsin-המתבטא באופן ספציפי בקצות האקסונים באיזורי הסינפסות .התמונה מראה את המורכבות הגדולה שביצירת הסינפסות :כל תא עצב מייצר כ 10,000-סינפסות – כך שסה"כ במערכת העצבים יש כ 1015-סינפסות .ישנם אפילו נוירונים עם כמות סינפסות הרבה יותר גדולה – כמות תאי אפוקנייה בצרבלום ,היוצרים 150,000סינפסות. . 10תרבית ראשונית היא תרבית שהופקה על ידי הפקת נוירונים ממוח שנזרעו בצלחת; הנוירונים חיים בצלחת ויוצרים רשת מגעים אחד עם השני .זאת בניגוד ל ,Cell Line-שהוא גם תרבית תאים שגדלים בצלחת ,אבל אלו אינם מגיעים ישירות ממוח החיה – תאים אלו עברו Immortalizationולכן ניתן לגדל אותם גם במשך שניםCell Line .נוצר לרוב מתא יחיד שהצליחו לעשות בו Immortalizationןהצאצאים שלו שומרים על אותן תכונות; בתרבית הראשונית התאים לא מחזיקים מעמד לאורך זמן והם תאים מגוונים ולא קלונים של אותו התא. חמוטל בן דב החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2010 , נושא :2סוגי התאים השונים במערכת העצבים 25 סוגי נוירונים בבחינת סוגי הנוירונים השונים מבחינת הפונקציה שלהם במערכת העצבים ,ניתן להבחין בנוירונים סנסורים )המביאים מידע מהסביבה ל ;(CNS-נוירונים מתווכים ) ,interneuronsהמעבדים את המידע מן הפריפריה ומעבירים אותו הלאה .מאופיינים באקסונים קטנים(; נוירונים מוטורים )שולחים פקודות לשרירי שלד ,שרירים קרדיאלים ,שרירים חלקים ובלוטות(; ונוירונים אנדוקרינים ),Neuroendocrine מסנטזים ומפרישים הורמונים לכלי דם(. החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2011 , חמוטל בן דב מבוא לנוירוביולוגיה 26 את כל הנוירונים ניתן לחלק לארבעה חלקים שונים מבחינה פונקציונלית: • – Inputמכיל את גוף התא והדנדריטים ,קולט את המידע הנכנס. • – Integrativeמכיל את ה .Axon Hillock-מעבד את המידע הנכנס ו"מחליט" האם ייווצר פוטנציאל פעולה. • – Conductibleהאקסון המוליך את הסיגנל חשמלית עד לאיזור היציאה. • – Outputקצה האקסון ,מעביר את הסיגנל כימית לתא הפוסט-סינפטי. הגיוון בין סוגי הנוירונים מרבית הרקמות ,דוגמת כבד או שריר ,אופיינות בהומוגניות מבחינת סוגי התאים; סיבי שריר הינם בעלי תכונות דומות בכל רחבי השריר – גם בשרירים שונים )למשל יד מול רגל( .ברקמת העצבים ,לעומת זאת ,נוירונים שנמצאים באיזור אחד )למשל סימפטטים( שונים מנוירונים שבמקום אחר )הפאראסימפטטים(; אפילו מבנים מוגדרים באיזורים שונים במוח יכולים להכיל נוירונים בעלי תכונות שונות. רקמת העצבים מגוונת בתפקיד ובצורה – הגודל ,אורך האקסון ,צורת ההסתעפויות וכמותן ,וכו'. השונות בין תאי העצב השונים מאפשרת גמישות בין מגוון המגעים שהנוירונים יכולים ליצור והאותות המועברים ביניהם .כאמור ,גם בתוך מבנה מוגדר במערכת העצבים יכולה להיות שונות: בהסתכלות על רשתית העין קיימים סוגי תאים שונים בשכבות הרשתית. השלד התאי הרי שמעצם המבנה המיוחד של הנוירונים ,על האקסונים והדנדריטים שלהם ,צריך להיות להם שלד תאי ייחודי .מרכיבי השלד התאי הינם דומים בכל סוגי התאים ,ומכילים שלושה מרכיבים עיקריים: • – Microtubulinסיבים ארוכים עשויי תת- יחידות .α/β-tubulinהם משחקים תפקיד בתנועה תאית ותנועת וזיקולות בתוך התא, כאשר הם מהווים את הפיגום עליו נעות הוזיקולות. • – Intermediate Filamentsמבנים דמויי-מקלות העשויים חלבונים חוטיים ויוצרים מבנה דמוי- מקל וחשובים לעיצוב מבנה וצורת התא .בנוירונים יש סוג ספציפי של intermediate filaments חמוטל בן דב החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2010 , נושא :2סוגי התאים השונים במערכת העצבים 27 המכונים .Neurofilamentsהנוירופילמנטים בנויים משלוש תת-יחידות 11 המכונות NFH/NFM/NFL (neurfilament ) high/middle/low molecular weightאשר זכו לכינוי בהתאם למשקלם המולקולרי .מסיב הנוירופילמנטים יוצאים זיזים חלבוניים החוצה שנובעים מה NFH-ו.NFM- • – Microfillamentsסיבים עשויי אקטין המתארגנים לצורת סיבים השזורים זה בזה .תפקידם ביצירת צורת התא ובתנועה תאית; גם אליהם יכולים להיקשר חלבונים ,דוגמת המיוזין ,לצורך הסעת וזיקולות ברחבי התא. תמונות .SEMהתמונה העליונה נלקחה מדנדריט :הסיבים של המיקרוטובולין מחוברים על ידי שלוחות חיצוניות שהן עשויות חלבוני MAPsהנקשרים לסיבים הטובולין .התמונה התחתונה נלקחה מגוף התא :החיצים האדומים מסמנים מיקרוטובולין ,הצהובים נוירופילמנטים והרשת הסבוכה עשויה סיבי אקטין .זוהי רשת המצויה בעיקר מתחת לממברנה של התא. צורת השלד התאי של האקסון יחסית מסודרת .הנקודות המופיעות באיור משמאל הן נוירופילמנטים בחתך רוחב באקסון – ניתן לראות עד כמה האקסון עשיר בסיבי הנוירופילמנט וגם את הסידור והארגון של הסיבים ,הנובע מההפרעה המרחבית שיוצרים הזיזים העשויים NFHו .NFM-הנקודות השחורות העבות יותר הן סייב המיקרוטובולין ,הנוטים להתארגן בצברים .סיבי האקטין מצויים מתחת לממברנת התא. 11מכיוון שחלבונים אלו ייחודיים לנוירונים ניתן להשתמש בהם לסימון נוירונים ברקמה או בתרבית. החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2011 , חמוטל בן דב מבוא לנוירוביולוגיה 28 חלבונים באינטראקציה עם מיקרוטובולין )(MAPs חלבוני MAPמשתייכים לקבוצה המשמשת בבקרה על ההתארגנות של המיקרוטובולין .בנוסף ,הם מבקרים את החיבור בין מיקרוטובולין לפילמנטים אחרים או השלפוחיות הנעותעל גבי המיקרוטובולין. בבחינת MAPניתן לזהות שני דומיינים: • דומיין אחד נקשר ליחידות הטובולין לפני/אחרי תהליך הפולימריזציה. • דומיין שני נקשר לשלפוחיות /פילמנטים אחרים )כמו סיבים אמצעיים או מיקרוטובולין אחרים(. לקישור ל MAP-תפקיד חשוב ביצירה של המיקרוטובולין והשמירה עליהם :הקישור מגביר את קצב הפולימריזציה של המיקרוטובולין ומייצב את הסיבים הקיימים .בבחינת הרכב אוכלוסיית MAPהנמצאת באקסון מול דנדריטים ,האקסונים עשירים בחלבון tauוהדנדריטים עשירים בחברים אחרים במשפחה – .MAP2/4 תמונת מיקרוסקופ אלקטרוני המראה סיבי מיקרוטובולין ואת ה MAP-הקשורים אליהם ומחברים בין סיבי המיקרוטובולין .בתמונה התחתונה צילום מעכבר KOל ,MAP-ניתן לראות שהסיבים פחות קשיחים והחיבורים ביניהם דלים יותר. חלבון tau חלבון tauהינו בעל אתרים רבים המסוגלים לעבור זירחון .בבחינת חתכי מוח מאנשים שהיו חולים במחלת האלצהיימר וצביעתם בצביעה מיוחדת ,המוחות האלה נצבעים באופן חריג בנוירונים – צביעה המכונה ") Tanglesצבירים"( .הצבירים האלה מהווים אחד מהסממנים הפתולוגיים המאפיינים של המחלה )לצד הופעת Placksשל חלבוני .(Aβ מצד ימין ניתן לראות צביר ,Tangleמצד שמאל פלאק של אמילואיד-בטא ,חלבון נוסף היוצר אגרגטים ששוקעים במטריקס החוץ-תאי במוחות חולי אלצהיימר'ז. בשלב מאוחר יותר התברר שהצבירים המופיעים הם נוירונים המכילים אגרגטים של החלבון .tauבמחלת האלצהיימר יש זירחון-ביתר של ;tauכתוצאה מכך ,חל שינוי במבנה החלבון הגורם לאי-יציבות באסוציאציה של tauעם המיקרוטובולין והוא נופל ממנו; במצב זה החלבון אינו מסיס והוא שוקע בתוך התא. כמו חלבוני MAPאחרים ,ל tau-יש חשיבות ליציבות וליצירה של מיקרוטובולין; עם הניתוק מהמיקרוטובולין עקב הזירחון-ביתר ,המיקרוטובולין מאבדים מיציבות ומתחילים להתפרק .בתור פיגומי חמוטל בן דב החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2010 , נושא :2סוגי התאים השונים במערכת העצבים 29 הסעה לחלבונים המסיעים וזיקולות ,כמו אלו המכילות את הנוירוטרנסמיטורים ,הפגיעה במיקרוטובולין אינה רק פגיעה בעיצוב אלא גם בתפקוד של הנוירון .כמו כן ,הצברים השקועים של tauהינם בעלי השפעה טוקסית על התא. באקסונים לא נמצאת מערכת סינטזה של חלבונים; לעומת זאת בדנדריטים יש פוליזומים ואפילו ניתן למצוא mRNAשל הגן .MAP2זוהי תכונה ייחודית שבה התא הינו קוטבי ובאיזור הדנדריט נמצאים האמצעים לסינטזה ושמירה על תכונותיו הייחודיות. העברת חומרים בתוך הנוירון החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2011 , חמוטל בן דב מבוא לנוירוביולוגיה 30 בגלל שלוחת האקסון הארוכה של הנוירונים ,המגיעה לתא המטרה ,צריך להיות מנגנון מולקולרי שיאפשר מעבר חומרים שנוצרו בגוף התא שיגיעו לקצות האקסון; לחילופין ,יש מצבים מסויימים בהם חומרים שנקלטו על ידי קצות האקסון יובלו אל גוף התא. לנוירונים יש מערכת טרנספורט המאפשרת שינוע חומרים מגוף התא לקצה האקסון ) (Anterogradeולכיוון ההפוך ).(Retrograde בבחינת סוגי החומרים המועברים ,בין שיהיו וזיקולות המובילות ממברנות או נוירוטרנסמיטורים או אברונים שלמים כמו המיטוכונדריות )שנדרשות ברמות גבוהות בקצות האקסונים( ,מערכת השינוע משתמשת בסיבים של המיקרוטובולין כפיגום עליו נעים החומרים בתיווך חלבונים מוטוריים הנעים על גבי הסיבים .הטרנספורט נעשה בשני מסלולים: • הטרנספורט האיטי – טרנספורט של מרכיבים שנוצרו בגוף התא ,דוגמת מרכיבי הציטופלזמה והשלד התאי ,הנעים לאורך השלוחות .הכיווניות נטו היא אנטריוגריידית לעבר השלוחות )אקסון או דנדריטים( .השינוע מונע על ידי החלבונים המוטורים ,Kinesin & Dyneinהנעים בסך הכל קדימה; אולם התנועה עשויה להתמהמה קדימה ואחורה ,ולכן זהו טרנספורט איטי. • הטרנספורט האקסונלי המהיר – מסוגל להניע וזיקולות אנטריוגריידית ורטרוגריידית בעזרת החלבונים המוטורים הנעים על גבי המיקרוטובולין .שלפוחיות הנעות במסלול זה דומות מבחינה תפקודית ,אך נבדלות מבחינה ביוכימית ומבחינת המנוע שמניע אותן :המנוע שמניע את התנועה האנטריוגריידית הוא חלבון ה Kinesin-והשינוע הרטרוגריידי מונע על ידי .Dynein השינוע בכיוון הרטרוגרייד בעל חשיבות להחזרת חומר ממברנלי )למניעת חוסר בממברנות באיזור גוף התא ועומס יתר בשלוחה( וכן לצורך העברה של פקטורי גידול לגוף התא .בקצה הנוירון מתרחשים תהליכים רבים – מלבד תהליך שחרור הנוירוטרנסמיטורים – כמו תהליכי חישה של פקטורי גידול ) (NGF – Nerve Growth Factorאו פקטורי הישרדות 12שללא קליטתם הנוירונים ימותו. 12פקטורי ההישרדות לנוירון מתקבלים על ידי איבר המטרה אותו הם מעצבבים; מסיבה זו לרוב הסיגנלים נקלטים על ידי האקסונים ולא על ידי גוף התא ,שעשוי להיות מרוחק מאוד מאיבר המטרה .המוות התאי בהיעדר פקטורי הישרדות הוא תהליך חשוב בהתפתחות המערכת ובכיוונון המדוייק – – Fine tuningשלה ,כאשר חלה תמותה רבה של נוירונים שנשלחו לאיברי מטרה שלא יכול לכלכל את כולם )וגם לא צריך את כולם(. חמוטל בן דב החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2010 , נושא :2סוגי התאים השונים במערכת העצבים שינוע רטרוגריידי של 31 HRP (horse radish ) proxidaseדרך האקסונים אל גוף התא .החלבון HRPמסוגל להפוך סובסטרט לתוצר בעל צבע. כאשר החלבון מוזרק לנקודה מסויימת בתוך המוח, ניתן למצוא בתוך יומיים נוירונים הנצבעים עם חשיפה לסובסטרט ,עדות לתנועת הרטרוגרייד של החלבונים שנקלטו על ידי האקסונים. הסינפסה איזור הסינפסה עשיר במיטוכונדריות ושלפוחיות המכילות נוירוטרנסימטורים .כאשר פוטנציאל הפעולה מגיע לקצה האקסון הוא גורם לשחרור הוזיקולות למרווח הבין-סינפטי והפעלה של הרצפטורים בקצה הפוסט-סינפטי. נוירוטרנסמיטורים נוירוטרנסמיטורים )טבלאות בשקופיות 58ו ,60-מצגת 2של ראובן( הם מולקולות קטנות הגורמות לסיגנל בתא הפוסט-סינפטי על ידי קליטתם ברצפטורים מהרווח הבין-סינפטי ,אליו שוחררו על ידי התא הפרה-סינפטי .ישנן גם חומצות אמינו המשמשות כנוירוטרנסמיטורים ,דוגמת GABAאו גלוטאמאט. נוסף על אלה ישנם נוירוטרנסמיטורים פפטידים ,כמו האופיואידים. קיימים נוירוטרנסמיטורים המסונטזים על ידי אנזימים ואחרים שהם פפטידים הנוצרים על ידי סינטזת חלבונים רגילה )שייתכן שהם נוצרים כפריקורסורים והם נחתכים החוצה ממנו(. החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2011 , חמוטל בן דב מבוא לנוירוביולוגיה 32 תאי הגליה תאי המוח מחולקים ,באופן גס ,לנוירונים המעבירים את האותות במוח וכל התאים האחרים ,על סוגיהם השונים ,המכונים תאי גליה .תאים אלו קיימים גם ב ,PNS-ולא רק ב ,CNS-ולמרות שהם משרתים פונקציות דומות בשתי המערכות מדובר בתאים שונים. המונח Glia Cellsניתן על ידי רודולף וישו ) ,(Rudolf Virchowכאשר משמעות המונח gliaהיא "דבק" ביוונית .הגליה נחשבו כבעלי תפקיד בחיבור בין הנוירונים ולא כבעלי תפקיד מהותי במערכת העצבים עצמה .בשנים האחרונות מתברר שלתאי הגליה יש תפקיד חשוב בתפקוד התקין של מערכת העצבים מחד ובמחלות נוירולוגיות מאידך. תאי הגליה נבדלים מהנוירונים מורפולוגית ותפקודית; הם אינם יכולים ליצור פוטנציאל פעולה אולם הם יכולים להשפיע על פוטנציאל הפעולה של הנוירונים. Satellite – PNS בבחינת הגנגליאונים שב) PNS-הגנגליאונים הסימפטטים ,הפארא-סימפטטיים או הגנגליאונים הסנסוריים של השורש הדורסלי בחוט השדרה(, ניתן לראות את גופי התאים )עגולים ,גדולים( וסביבם נמצאים תאים קטנים נוספים .אלו תאי Satelliteשתפקודם דומה לזה של האסטרוציטים ב – CNS-הם מספקים נוטריינטים לנוירונים ותמיכה מכאנית לרקמת העצבים. Astrocytes – CNS תאים אלו נחלקים לשני סוגים: • – Fibrous Astrocytesמצויים בעיקר בחומר הלבן ,בעלי מורפולוגיה דמויית-כוכב בשל שלוחות ארוכות ולא מסועפות היוצאות בצורה יחסית סימטרית מכל צידי האסטרוציט. • – Protoplasmic Astrocytesמצויים בעיקר בחומר האפור ,שלוחות מסועפות רבות מאוד. האסטרוציטים מצויים בכל מקום ויוצרים מגעים עם כל המרכיבים האחרים של המוח :האסטרוציטים )כוכב שחור( שולחים שלוחות הבאות במגע עם כלי דם ,נוירונים )בין שעם גוף התא ,הדנדריטים, nodes of renvierבאקסונים ,תאי האפנדימה היוצרים את גבולות הפאראנכימה(. חמוטל בן דב החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2010 , נושא :2סוגי התאים השונים במערכת העצבים 33 המגע בין האסטרוציט לכלי הדם מכסים את כל כלי הדם; בצביעה היסטוכימית לחלבון MAP2המופיע בגוף התא ובדנדריטים של נוירונים )כחול( ניתן לראות שהאסטרוציטים )צהוב ,צבוע על ידי חלבון GFPהמבוטא בעכבר טרנסגני תחת פרומוטור ספציפי לאסטרוציטים( היוצרים מגעים הדוקים עם הנוירונים והדנדריטים, כמו גם כלי דם )איזורים שחורים עטופים בשלוחות אסטרוציטים צהובות(. האסטרוציטים ,בין היתר ,שולחים שלוחות לתמיכה במעטפת הפאראנכימה – גם מול תאי אפנדימה וגם מתחת ל,Pia Mater- היוצרים שם שכבה מעטה המכונה .Glia Limitansבקצות שלוחות האסטרוציטים קיימת התרחבות המכונה .End Feet לתאי הגליה בכלל ולאסטרוציטים בפרט יש תפקיד חשוב במוח ,למעט תמיכה; רמז אחד לכך הוא מספר הרב במוח .כמו כן אם בוחנים את היחס בין אסטרוציטים לנוירונים במהלך ההתפתחות ,נראה שככל שהמוח מורכב יותר יחס זה הולך וגדל – דבר נוסף המרמז על תפקידם החשוב. כמו תאים אחרים ,גם לאסטרוציטים יש מאפיינים תאיים כלליים; אולם כמו שלנוירונים היו סיבים אמצעיים ייחודיים )נוירופילמנטים( לאסטרוציטים יש סיבים ייחודיים המכונים Glial Fibrillary .Acidic Protein (GFAP)13 בבחינת האסטרוציטים בכלים המחקריים שיש לנו כיום ,קשה להבחין בין אסטרוציטים שונים; אולם ,אין ספק שכמו שיש נוירונים שונים אנו מניחים שלא כל האסטרוציטים זהים ושיש שונות בין האסטרוציטים. תפקידי האסטרוציטים תפקידי האסטרוציטים נגזרים ממיקומם הפזור של האסטרוציטים ברחבי המוח ולכן התפקידים מגוונים מאוד ובעיקר נגזרים מהקירבה בינם לנוירונים ובינם לכלי הדם. • תמיכה פיזית – מקיפים את התאים ומשמשים כעין תאי תמך המחזיקים את הנוירונים במקומם. • סילוק פסולת הנצרת בעת פעילות העצב – למשל סילוק פסולת נוירוטרנסמיטורים מהמרווח הבין- סינפטי על ידי ספיחת הנוירוטרנסמיטורים .Glutamate & GABAכמו כן הם מסלקים יוני אשלגן עודפים )היוצאים במהלך יצירת פוטנציאל הפעולה( ,מבקרים את ריכוזם וקולטים רדיקלים חופשיים הנוצרים במהלך הפעילות הנוירונלית. 13מכיוון שהם מתבטאים ספציפית באסטרוציטים ניתן לזהות אסטרוציטים במחקר על ידי שימוש בנוגדנים כנגד GFAPאו חיבור חלבוני צבע ,דוגמת ,GFPתחת פרומוטור .GFAP החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2011 , חמוטל בן דב מבוא לנוירוביולוגיה 34 • העברת מטבוליטים בין הדם לנוירונים וההיפך – האסטרוציטים נמצאים בקירבה לכלי דם ולנוירונים; מתוקף כך הם יכולים לסייע בהעברת נוטריינטים מהדם אל הנוירונים הנמצאים בעומק הפרנכימה.14 • מיצרים מטבוליטים ונוטריינטים לטובת הנוירונים – הנוירונים אינם יכולים ליצור מאגרי אנרגיה )דוגמת גליקוגן( .במצבים הדורשים חילוף חומרים גבוה מהרגיל ,בהם נדרש מקור גלוקוז אחר למעט הדם ,האסטרוציטים באים לעזרת הנוירונים :הם מייצרים ומאחסנים גלוקגן המפורק לגלוקוז במצבי צריכת אנרגיה מוגברת .הגלוקוז מועבר בצורת לקטאט אל הנוירונים. • מסייעים לשמור על ההרכב הכימי של הנוזל – תודות ליכולתם לקלוט יונים וחומרים אחרים המופרשים לסביבתם האסטרוציטים מבקרים את ההומיאוסטזיס של הנוזל המקיף את הנוירונים. • השפעה על פוטנציאל הפעולה – השפעה במנגנון אקטיבי )בניגוד לתפקידים שחשבו עליהם בעבר( ובמנגנון מכאני :האסטרוציטים עוטפים את הסינפסה וכך מבודדים את הסינפסה ומונעים פיזור לא מבוקר של חומרי הסינפסה .כמו כן הם יכולים להעביר מידע בעצמם ,בינם לבין עצמם ובינם לנוירונים. • השתתפות בסילוק נוירונים מתים או הרוסים בפגוציטוזה – משתתפים בתהליכי תיקון נזקים במוח ,היוצרים שברי תאים או שברים אחרים .האסטרוציטים יכולים לסלק פסולת מסוג זה בפאגוציטוזה )יכולת הקיימת גם במיקרוגליה בהם זהו התפקיד העיקרי(. • סינטזת פריקורסורים ליצירת – Glutamate & GABAלשימוש על ידי הנוירונים. • הכוונת השלוחות של הנוירונים לעבר איזור המטרה • בעלי תפקיד ביצירת מחסום ה – BBB-למרות שאינם חלק מה BBB-הם יכולים להשפיע עליו. • מפרישים פקטורי הישרדות – מסנטזים מגוון פקטורי הישרדות– GDNF ,BSNF ,NGF : התומכים בהישרדות או התאוששות נוירונים במקרה של פגיעה .כמו כן הם מסנטזים חומר נוסף בשם ,ApoEחלבון המשמש כנשא של ליפידים בדם או בנוזל החוץ תאי.15 • תגובה חיסונית – בנוסף לתאי המיקרוגליה המתווכים תגובות חיסוניות במוח 16 האסטרוציטים יכולים להשתתף בתהליכים חיסוניים על ידי הפרשת ציטוקינים וכימוקינים. • בקרה על קצב זרימת הדם – בקרה על הקצב המקומי באיזורי המוח ,באופן התלוי בפעילות במוח. 14הגלוקוז מוכנס לאסטרוציטים ,שם הם מעובד ללקטאט ויוצא החוצה דרך טרנספורטרים .טרנספורטרים בנוירון מכניסים את הלקטאט לנוירון ומעבירים אותו לשימוש במעגל צריכת האנרגיה )קרבס(. 15במחלת האלצהיימר ,המחלה פוגעת בבני אדם בעיקר בצורה ספורדית – אקראית – באנשים מבוגרים .עם זאת ,מסתבר שלמחלה יש גם מרכיבים גנטיים :משפחות עם מוטציות בגנים מסויימים שבהן יש שכיחות גבוהה של המחלה לפי גנים דומיננטיים .קיימת אסוציאציה גנטית )שאינה דומיננטית אלא מגבירה את הסיכוי לבעלי האסוציאציה הגנטית לחלות במחלה( עבור האלל .ApoE4בעלי אלל זה הינם בסיכון גבוה הרבה יותר לחלות במחלה ,לעומת בעלי האלל .ApoE3מכאן שזהו גורם סיכון הקיים באסטרוציטים ,כי הם אלו שמסנטזים את ה.ApoE- 16במערכת העצבים המרכזית לא קיימות מערכות החיסון המולדת והנרכשת הרגילה ,אלא היא מנוהלת על ידי האסטרוציטים ובעיקר על ידי המיקרוגליה. חמוטל בן דב החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2010 , נושא :2סוגי התאים השונים במערכת העצבים • 35 מקור עיקרי ל ECM-ומולקולות תאחיזה – מייצרים את המטריקס החוץ-תאי ) (ECMומפרישים החוצה את המולקולות והחלבונים המרכיבים אותו .כמו כן מייצרים מולקולות הנמצאות בפני השטח של תאים ומשתתפות באינטראקציות תא-תא. תמיכה במטאבוליזם הגלוטאמאט של בנוירונים בעת פעילות נוירונלית ,הנוירונים משחררים את הנוירוטרנסמיטור Glutamateלמרווח הבין סינפטי. האסטרוציט השולח שלוחה לאותה סינפסה מסוגל לקלוט את הגלוטמאט בטרנספורטר ייעודי )(EAAT ולהכניס אותו לתוך האסטרוציט. בתוך האסטרוציט ,בעזרת האנזים ,Glutamine Synthaseשאינו מתבטא בנוירונים ,גלוטמאט הופך לחומצת האמינו גלוטמין ,היכולה לצאת למרווח הבין-סינפטי בעזרת הטרנספורטר .SN1כעת הנוירון יכול לקלוט את הגלוטמין על ידי הטרנספורטר .SATכעת הנוירונים יכול להמיר את הלגוטמין לגלוטמאט בעזרת האנזים .Glutaminase נוירונים אינם יכולים ליצור גלוטמין לבד וזקוקים להמרת הגלוטמאט לגלוטמין על ידי האסטרוציט. האסטרוציטים וכלי-הדם רישום של קמילו גולג'י שהשתמש בטכניקות צביעה לזיהוי אברונים ומורפולוגיה של רקמות .גולג'י חקר את מבנה המוח ופירסם את הציור שצוייר לפי תמונות שראה במיקרוסקופ. הנקודות השחורות הן האסטרוציטים הנמצאים בסביבת כלי הדם. באיור Cניתן לראות תמונה שנלקחה בצביעת נוגדנים על ידי מיקרוסקופיה קונפוקאלית וניתן לראות את הדמיון הרב בין תמונה זו לתמונה ,Bשצויירה על ידי גולג'י. שתי התמונות ממחישות את האינטראקציה בין כלי הדם והאסטרוציטים. החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2011 , חמוטל בן דב מבוא לנוירוביולוגיה 36 בבחינת איזורי המגע בין ה End-feet-של האסטרוציטים לכלי הדם ,ניתן לראות ריכוז גבוה של טרנספורטרים ורצפטורים – מצד האסטרוציטים ומצב כלי הדם כאחד – והתאים מפרישים חומרים היכולים להשפיע אחד על השני. קיים מעבר אינפורמציה בין האסטרוציטים לכלי הדם. כלי הדם עטופים בשכבה של אסטרוציטים; עטיפה זו אינה מספקת תרומה פיזית למחסום ה,BBB- למרות שיש חשיבות לפקטורים המופרשים מהאסטרוציטים והיכולים לבקר את תהליך היצירה של ה.BBB- בעבר חשבו שתפקיד האסטרוציטים היה גם לבקר את יצירת ה BBB-ולאחר מכן לשמר את קיומו; בעבודות האחרונות בתחום נראה שלפחות מבחינת היצירה של ה BBB-אין תפקיד לאסטרוציטים כי הוא נוצר במוח עוד לפני שנוצרו האסטרוציטים. הפעילות של המוח אינה הומוגנית ונוטה להשתנות בזמן ובמרחב; מסיבה זו ,גם הצורך האנרגטי של המוח משתנה בזמן ובמרחב שכן הוא מושפע מהפעילות האקטיבית ולכן נדרש מנגנון שיוכל, באופן מקומי ,להגביר את אספקת הנוטריינטים והחמצן שבדם במידת הצורך על ידי הגברת קצב זרימת הדם. כלי הדם במוח יכולים להתאים את עצמם לפעילות על ידי בקרה מקומית של קצב זרימת הדם הנעשית על ידי האסטרוציטים ,שתפקידם במערכת זו נובע ממיקומם בכל רחבי המוח מחד ומהיותם באסוציאציה קרובה עם הנוירונים ,הסינפסות וכלי הדם. באיזור ספציפי שבו קיימת פעילות עצבית חזקה בזמן נתון ,בגלל הקירבה ההדוקה של שלוחות האסטרוציט עם איזור הסינפסה ,האסטרוציטים ירגישו את הפעילות העצבית המתחוללת ובתגובה יתרגמו את הפעילות העצבית לסיגנל באסטרוציט המועבר באופן מקומי אל כלי הדם שנמצאים במגע עם אותו האסטרוציט .כתוצאה מהסיגנל המועבר באסטרוציט ,חלה עלייה ביוני הסידן באסטרוציט הגורמת לו לשדר לנימי הדם שהוא קשור אליהם אות להתרחבות ולהגדלת נפח כלי הדם. חמוטל בן דב החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2010 , נושא :2סוגי התאים השונים במערכת העצבים 37 למטה :האסטרוציט )אדום( שולחים שלוחות לכלי הדם )ירוק( מכיל חומר שכולא בתוכו סידן; כאשר מקרינים את התא באופן נקודתי ,ניתן להפעיל את החומר שישחרר את הסידן )העלייה מסומנת בצהוב(. כתוצאה מהעלייה חלה חלה עלייה בחתך הרוחב של כלי הדם .בגרף נראה שלצד העלייה המהירה בסידן באסטרוציט חלה עלייה בקוטר כלי הדם. בעת פעילות סינפטית מופרשים חומרים באיזור הסינפסה .לאסטרוציטים יש רצפטורים המסוגלים להגיב או לקשור חומרי הפרשה אלו – כמו נוירוטרנסמיטורים וחומרים אחרים. כתוצאה מהקישור לרצפטורים מתחיל מסלול הולכת סיגנל הגורם לעליה בריכוז הסידן בתא ,הגורמת לייצור חומרים מתווכים .כשחומרים אלו באים במגע עם כלי הדם הם גורמים להרחבה של קוטר כלי הדם, המביאה לזרימה מהירה יותר בכלי הדם. כמו כן ,בעת יצירת פוטנציאל פעולה יוני אשלגן יוצאים אל מחוץ לנוירונים; האסטרוציטים מסוגלים לספוג פנימה את האשלגן .לעובדה זו ייתכן שיש חשיבות גם בבקרה על כלי הדם :האשלגן יכול להיות מופרש על ידי האסטרוציטים ,להיקלט על ידי תאי האנדותל ולגרום להרחבה של כלי הדם. יש לציין שבמקרה זה ידוע שהאסטרוציטים יכולים לקלוט את האשלגן אולם השימוש בו להרחבת כלי הדם אינו ודאי. מבנה האסטרוציטים בבחינת מבנה האסטרוציטים נראה בצביעות ל GFAP-מורפולוגיה כוכבית של גוף תא השולח שלוחות .אולם ,כאשר השתמשו בטכנולוגיה אחרת בה ביטאו בעזרת הפרומוטור של GFAPאת החלבון ,GFPגילו מורפולוגיה שונה לחלוטין :מורפולוגיה הנראית דמויית עץ מלא ענפים ועלים ,שלוחה מלאת סיעופים מרובים – האסטרוציטים נראו יותר ככדור מלא שלוחות מסועפות מאשר ככוכב .תובנה זו הביאה לשינוי בתפישת התפקוד של האסטרוציט. החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2011 , חמוטל בן דב מבוא לנוירוביולוגיה 38 החלבון GFAPשייך למבני השלד התאי; הרכב השלד עשיר מאוד בענפים הגדולים של האסטרוציט, שהם הקרניים הכוכביות הנצבעות על ידי הנוגדן ל ,GFAP-אולם בענפים הדקיקים כמות הGFAP- קטנה ולכן אינם מופיעים בצביעות היסטולוגיות מעין אלו .הבדיקה השנייה מציגה את המבנה האמיתי – מבנה של מערכת מאוד מסועפת ומרובת סיבים. במהלך ההתפתחות במוח מופיעים תחילה הנוירונים ,לאחר מכן האסטרוציטים ובסופו של דבר הסינפסות. בבחינת המורפולוגיה והמיקום של האסטרוציטים בהתפתחות ,נראה שבשלבים הראשונים השלוחות אינן מסועפות מאוד ,שמנמנות ,וחופפות מעט בין אסטרוציטים שכנים .בשלבים מתקדמים יותר בהתפתחות השלוחות נעשות מסועפות יותר ונוצרים גבולות – מתחמי אסטרוציטים שאין ביניהם חפיפה )גם אם יש ביניהם איזורי מגע( .בשלב זה ,נוצרים מתחמי האסטרוציטים מחד והשלוחתיות הרבה שלהם מאידך, מתנהלת הסינפסוגנזה – יצירת הסינפסות בין הנוירונים ,התלויה ומבוקרת על ידי האסטרוציטים. האינפורמציה אינה לגמרי חד סיטרית :אין זה רק שהאסטרוציט מבקר את יצירת הסינפסה אלא שסינפסה נוצרת יכולה גם להעביר סיגנלים לאסטרוציטים שלידה ,המשתתפים בתהליך יצירת ההסתעפות הרבה בתהליך ההתהוות של האסטרוציטים. משמאל :שני כלי דם וביניהם אסטרוציטים ,כאשר כל אסטרוציט מצוייר בתוך מעין"בועה" שהיא האיזור המוגדר בתחת הבקרה של אותו אסטרוציט. מימין :כל אחד מהאיזורים הצבועים מייצד אסטרוציט )למעלה( או נוירון )למטה( בודד .ניתן לראות שהמוח מלא באיזורי אסטרוציטים מבודדים. הטכניקה הזו חשובה לחקר תהליכים המתרחשים במוח :מערכת העצבים היא מערכת מאוד מורכבת – בין אם בשל סוגי הנוירונים השונים ,מספר הסינפסות המרובות והיכולת ליצור שלוחות ארוכות למקומות שונים .בבחינת המערכת עולה קושי בתפישת המערכת כולה – על יחסי הגומלין שבה למשל .טכניקה זו ,המכונה ,Brainbowמאפשרת לסמן נוירונים או תאים במוח בצבעים שונים באופן אקראי. חמוטל בן דב החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2010 , נושא :2סוגי התאים השונים במערכת העצבים 39 על מנת להוציא את הטכניקה לפועל יש להשתמש בגנים המפיקים צבע; ל GFP-פותחו עם הזמן נגזרות בעלות מגוון צבעים .הטכניקה מטמיעה את הנגזרות האלו כך שייתבטאו באקראי בתאים שונים. התהליך מבוסס על שימוש במערכת .Cre/loxרצפי ,loxPשמקורם חיידקי ,מוכרים על ידי אנזים ריקומבינאז בשם .CREבמקטע DNAשיש לו שני מקטעים של הרצף loxPהתוחמים אותוCRE , מסוגל לחתוך את ה ,DNA-להוציא מקטע מסויים החוצה ולחבר בין שני המקטעים הנפרדים שנוצרו. הריקומבינאז CREמוציא החוצה את המקטע הכחול-כתום ומחבר בין המקטעים הצהוב והסגול .האוריינטציה של loxPמסומנת בחץ. ניתן לבנות את הקונסטרקטים בצורה אחרת ,כך שאתרי loxPלא ייפנו אחד כלפי השני אלא באתרים הפוכים .במצב זה ,הפעילות של CREתהיה אחרת :הוא יוציא את החתיכה הכחולה-כתומה ויחזיר אותה חזרה – כמו שהייתה או באוריינטציה הפוכה. ניתן ליצור עכברים טרנסגנים עם גן המבטא את חלבוני הGFP- על הוריאציות השונות שלהם כשהם תחומים על ידי מקטעי ה- .loxPהטרנסגן הוכנס תחת בקרת פרומוטור ספציפי או כללי והעכברים מוכלאים עם עכברים המבטאים בתוכם את הגן Cre )ללא הכלאה לא חל מאורע ריקומבינציה( .ההכלאה מביאה לכך שבתאים יש את הטרנסגן ואת הריקומבינאז הפועל עליו; פעילות ה Cre-הינה אקראית ולכן בכל תא ותא תוצאותיה יהיו שונות. כאשר בונים את הטרנסגן ,המקטעים עם אינפורמציה ליצור וריאציה בודדת של GFPתחומים על ידי אתרי ,loxכך ש CRE-יוכל להוציא אותם .המקטעים של loxהם וריאנטים בפני עצמם ,אשר כאשר יש וריאנט מסויים רק האיזור שתחום משני הצדדים על ידי אותו וריאנט יוכל להיות מעובד על ידי ה.CRE- ליד הפרומוטור שמים את הוריאנטים השונים ובתיחום שבין חלבונים פלורסנטיים שונים יש רק וריאנט מסויים של .loxכאשר CREפועל על הטרנסגן ,קיימות מספר אפשרויות :הוא יכול שלא לעבוד כלל ,ואז הגן הצבעוני הראשון הוא שיתורגם )כי בסופו יש קודון סטופ(; אם CREפועל על ה- loxהראשון ,הוא יוציא החוצה רק את האיזור המקודד לגן הפלורסנטי הראשון ואז מה שיתורגם יהיה הגן הפלורנסטי השני; וכן הלאה .מאחר והתהליכים אקראיים בכל תא הפעילות של CREתהיה שונה ולכן תוצרי הצבעים יהיו שונים. החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2011 , חמוטל בן דב 40 מבוא לנוירוביולוגיה קומבינציות כאלו יכולות להתרחש גם כאשר אתרי loxPנמצאים באורינטציה הפוכה. כאשר מכניסים את הטרנסגן לתוך התאים ,אין חובה שייכנס רק טרנסגן אחד; יכולים להיכנס מספר טרנסגנים ,וכל אחד מהם נחתך באופן אקראי ובלתי-תלוי .בהתאם למינונים השונים של הצבעים, התלויים בכמות הטרנסגנים בתא ובאופן החיתוך שלהם על ידי ,CREמתקבלת קשת צבעים מגוונת הדומה לתהליך יצירת איכות התמונה בטלוויזיות .LCD ה Gap Junctions-באסטרוציטים האסטרוציטים מתחברים ביניהם בעזרת תעלות ) (Connexonעשויות .Connexinהתעלות יוצרות Gap Junctionsהמשמשים למעבר חומרים קטנים )עד ;(1 kDaבין היתר ,יוני סידן או .IP3 קיימת מערכת המאפשרת העברת סיגנל בין אסטרוציטים בנקודות המגע של האסטרוציטים דרך .Gap Junctionsהצמתים מאפשרים מעבר אינפורמציה מאסטרוציט אחד לשכניו. אסטרוציטים יכולים להעביר מסלולי סיגנל; עובדה זו מודגשת לאור התגליות האחרונות שהאסטרוציטים משחקים תפקיד חשוב יותר במוח מאשר רק תפקידי תמך לנוירונים – לא חשבו שהאסטרוציטים יכולים להעביר סיגנלים )למרות שאין זה סיגנל עצבי ,כמו בנוירונים(. חמוטל בן דב החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2010 , נושא :2סוגי התאים השונים במערכת העצבים 41 האסטרוציטים נמצאים בקירבה הדוקה לסינפסות .בסינפסה ,החלק הפרה-סינפטי מכיל את וזיקולות הנוירוטרנסמיטורים ובחלק הפוסט-סינפטי נמצאים רצפטורים מתאימים לתכולת אותן וזיקולות .בהינתן אות על ידי יוני סידן ,הוזיקולות עוברות איחוי ,שופכות את הנוירוטרנסמיטור למרווח הבין-סינפטי ומעבירות את הסיגנל על ידי קליטת הטרנסמיטורים ברצפטורים. כאשר מבצעים סימון לא רק לנוירונים המעורבים בסינפסה אלא גם לאסטרוציטים ,ניתן לראות ששלוחות האסטרוציט חובקות באופן מוחלט כמעט את איזור הסינפסה – האסטרוציט לא רק נמצא בקירבת הסינפסה כי אם גם עוטף אותן ויוצר עמן מגע הדוק ביותר. שלוחת האסטרוציט )צהוב( המקיפה את איזור הסינפסה ).(S תודות לקירבה בפיזית יכולים האסטרוציטים לווסת את הפעילות העצבית )למרות שאינם יכולים ליצור פעילות עצבית( .בעת פעילות סינפטית תכולת הוזיקולות נשפכת למרווח הבין-סינפטי; הטרנסמיטורים יקשרו לרצפטורים של התא הפוסט-סינפטי ,אולם מאחר ובאיזור נמצאות גם שלוחות האסטרוציטים ,גם הן נחשפות לאותם נוירוטרנסמיטורים. גם לאסטרוציטים יש רצפטורים לנוירוטרנסמיטורים .מסיבה זו ,כאשר משוחררים נוירוטרנסמיטורים דוגמת גלוטמאט ,הם יכולים לגרום לסיגנל באסטרוציטים .הסיגנל הזה מוביל לפירוק PIP2ליצירת המולקולה .IP3השליח השניוני נקלט ברצפטורים בממברנת ה- ERומעוררת שחרור סידן ממאגרי ה .ER-בצורה זו נוצרת עלייה בריכוז הסידן באסטרוציט. אחת מההשפעות הרבות של יוני הסידן היא שחרור גלוטאמאט מהאסטרוציט .הגלוטמאט משוחרר למרווח הבין-סינפטי ויוצר ריכוז גבוה עוד יותר של גלוטמאט .נוצרה מודולציה של סיגנל הגלוטמאט היכולה להשפיע על הפוטנציאל פעולה. מודולציה של הסיגנל העצבי על ידי האסטרוציט יכולה להשפיע גם על סינפסות הנמצאות בין נוירונים אחרים ומרוחקים. האסטרוציט יכול ליצור מגעים עם נוירונים רבים; פעילות עצבית באחת הסינפסות עליהן חולש האסטרוציט מפעילה אותו ומאפשרת לו לשחרר נוירוטרנסמיטור ו/או להשפיע על סינפסות אחרות עליהן חולש האסטרוציט; יתרה מזאת ,תודות למגע והעברת הסיגנלים בין אסטרוציטים ניתן גם להעביר את הסיגנל לאסטרוציטים אחרים החולשים על איזורי נוירונים אחרים. החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2011 , חמוטל בן דב מבוא לנוירוביולוגיה 42 אינטראקציות פונקציונליות ברשת האיתותים שבין נוירונים ואסטרוציטים • תקשורת מהירה בין נוירון-לנוירון בסינפסה; • תקשורת מהירה בין אסטרוציט-לאסטרוציט ב;Gap Junction- • תקשורת מהירה בסינפסה בין נוירון פרה-סינפטי לאסטרוציט פוסט-סינפטי; • תקשורת מהירה בין נוירון לאסטרוציט דרך ;Gap Junction • אקטיבציה של רצפטורים בשלוחות אסטרוציטים המקיפות סינפסות על ידי נוירוטרנסמיטורים; • הפרשת טרנסמיטורים על ידי תאי גליה מאוקטבים אל מרווח הסינפסה ,המשפיעים על הנוירונים; • הפרשה טרנסמיטורים על ידי תאי גליה מאוקטבים המשפיעים על הגליה. אם כן ,כאשר מעוררים את הגליה נוצרת אפשרות להעברת סיגנל גם על ידי האסטרוציטים .תהליך זה מכונה – Gliotransmissionתהליך הקובע שניתן להעביר אינפורמציה במוח דרך תאי הגליה ולא רק דרך הנוירונים. + בנוסף להעברת אותות על ידי העברת IP3/Caדרך Gap Junctionsניתן להפריש גם חומרים היכולים לגרום להעברת אותות בגליה .גליוטרנסמיטורים אלו יכולים להיות גלוטמאט ,ATP ,אדנוזין, D-Serineוכדומה )טבלה מלאה בשקופית .(132החומרים ,המקבילים לנוירוטרנסמיטורים ,מאופיינים כגליוטרנסמיטורים בהתאם לכללים הדומים לאלו הדרושים לאיפיון נוירוטרנסמיטור: • מסונטזים על ידי גליה ו/או מאוחסן בהם; • משוחררים בצורה מבוקרת עקב גירוי פיזיולוגי ו/או פתולוגי; • מפעילים תגובות מהירות )במילישניות עד שניות( בתאים השכנים; • משחקים תפקידים בתהליכים פיזיולוגיים ופתופיזיולוגיים; האסטרוציטים יכולים לשחרר מגוון גליוטרנסמיטורים למרווח החוץ-תאי במגוון מנגנונים שונים. הסינפסה תחומה בקו כתום .באיזור הלבן מופיעה שלוחת אסטרוציט ,.בה מוכלות וזיקולות .מכאן עולה ההשערה ששחרור הגליוטרנסמיטור דומה לשחרור הנוירוטרנסמיטור ,ומתחולל על ידי איחוי וזיקולות לממברנה בהינתן אות עלייה בריכוז יוני סידן. לאסטרוציטים ישנה היכולת לבצע שינויים ומודולציה בסיגנל העצבי; מכאן שאולי יש להם תפקיד בבקרה על הפעילויות העצביות הנשלטות בידי המוח והמתווכות על ידי העברת מידע בנוירוטרנסמיטורים. חמוטל בן דב החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2010 , נושא :2סוגי התאים השונים במערכת העצבים 43 אחד התפקידים של האסטרוציטים הוא קליטת גלוקוז מנימי הדם ,להפוך אותו ללקטאט ולספק את הלקטאט לנוירון לצורך ייצור אנרגיה .הוא גם יכול להשתמש בגלוקוז לייצור גליקוגן ,חומר תשמורת לאנרגיה המשמשת במצבים בהם יש צריכה מוגברת של אנרגיה. בעבודה שפורסמה לאחרונה הראו שהלקטאט המיוצר באסטרוציט חיוני לפעילויות של זיכרון לטווח- ארוך המתווכות בהיפוקמפוס של עכברים .בפגיעה בטרנסמיטורים שמעבירים את הלקטאט מהאסטרוציט לנוירון )המוציא או הקולט( חוסמים את היכולת של העכברים לזיכרון לטווח ארוך.17 השתתפות אסטרוציטים בפתולוגיה • פגיעה בקליטת הגלוטמאט המופרש מאיזור הסינפסה על ידי האסטרוציט – גלוטמאט הוא נוירוטרנסמיטור והסיגנל שהוא מעורר בקישור לרצפטורים גורם לעליית הסידן בתאים .סידן הוא שליח שניוני חשוב מאוד והבקרה על הריכוז שלו קפדנית מאוד – ריכוזים גבוהים מדי של סידן הינם בעלי אפקט טוקסי על התאים .אם תתקיים שפיכה בלתי-מבוקרת של גלוטמאט למרווח הבין סינפטי ,למשל במצב של שבץ מוחי ,הנוירונים ימותו בשני גלי נזק – הראשון נגרם עקב חוסר באספקת חמצן בקירבת האיזור הפגוע; השני נגרם משפיכת גלוטמאט מהנוירונים המתים ,המזיקה לנוירונים הסמוכים לאיזור הנקרוטי .האסטרוציטים יכולים לבקר מצב זה על ידי קליטת הגלוטמאט והקטנת ההשפעה שלו .פגיעה ביכולת סילוק הגלוטמאט של האסטרוציטים מעלה משמעותית את שכיחות הנזקים עקב ספיגת-יתר של גלוטמאט. • Aβיכול להגדיל את כמות ה ATP-המשוחררת על ידי האסטרוציטים – הפפטיד המאפיין את המחלת ההאלצהיימר יכול לגרום לשחרור ,ATPהמזיק להעברת הסיגנל בסינפסה עקב מודיפיקציות הנובעות מעצם היותו גליוטרנסמיטור; כמו כן הוא יכול להיקשר ל,Gap Junction- המעבירים סיגנלים בעזרת מולקולות ,IP3ובכך לשנות את התקשורת בין אסטרוציטים. • עלייה ברמת הביטוי של – GFAPבמגוון פגיעות עצביות נמצאה עלייה ברמות הביטוי של .GFAPהעלייה החזקה הזו בביטוי מאפיינת מורפולוגיה של אסטרוציטים במצבים פתולוגיים. • תפקידים מגנים – במגוון פתולוגיות ,האסטרוציט יכול למלא תפקיד מגן על ידי ייצור מולקולות .NOעלייה בריכוז ה NO-באסטרוציט יכולה לגרום לעלייה בריכוז הגלוטטיון – מנטרל-חימצון העוזר בניטרול רדיקלים חופשיים של חמצן ,שיש להם אפקט טוקסי על הנוירונים בסביבה. • מחלת אלכסנדר – מחלה זו נמצאת באסוציאציה עם מוטציה ב .GFAP-מכאן שככל הנראה יש חשיבות לתקינות ה GFAP-באסטרוציטים. • אסטרוציטים מוטנטים המקיפים את הנוירון יכולים לגרום לפגיעה בו – אחת המחלות שרואים בהן תופעה זו היא ,ALSבה יש מוטציות בגנים מסויימים .בעכברים הראו שמוטציות באסטרוציטים יכולות לגרום למחלה בנוירונים אותם הם מקיפים. 17זיכרון לטווח קצר מערב שינויים בחלבונים של הסינפסה בעוד שזיכרון לטווח ארוך מתווך על ידי שינויים בשיעתוק הגנטי. מרכיבים הקשורים בזיכרון לטווח ארוך בנוירון – כמו הזירחון של הפקטור שיעתוק – CREBנמנעים מהמוח עקב הרעבת הלקטאט .מכאן שאספקת הלקטאט על ידי האסטרוציט חיונית ליכולתו לתפקד בתהליכים הקשורים בזיכרון לטווח ארוך ,ייתכן על ידי מניעת השינויים הגנטיים הדרושים ליישום הפעילות. החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2011 , חמוטל בן דב מבוא לנוירוביולוגיה 44 • מחלת הנטיגטון – נוצרת כתוצאה מפגיעה בחלבון ההנטיגטין .ביטוי של הנטיגטין מוטנט באסטרוציט גורם להם ליצור משקעים טוקסיים כך שהאסטרוציט הפגוע יכול לגרום למוות של האסטרוציטים בסביבתו. • פפטיד ) Aβ42הטוקסי במחלת האלצהיימר( יכול להיות מיוצר על ידי אסטרוציטים – המקור לפפטיד הטוקסי היוצר את מחלת האלצהיימר יכול להיות אסטרוציטים ולא רק נוירונים. בין מחלות נוירודגנרטיביות שונות יש מכנה משותף אחד – משקעים תוך -וחוץ-תאיים של חלבונים שונים. באלצהיימר אלו האמילואיד בטא; בהנטיגטון זה חלבון ההנטיגטין; וכן הלאה. אסטרוציטים ומחלת אלצהיימר בעכברי מודל טרנסגנים ,המכילים מרכיבים גנטיים הידועים כתורשתיים בצורה דומיננטית בבני אדם ) (Presinillin-2 ,Presinillin-1 ,APPנמצא שהביטוי של הגנים מוביל לפתולוגיות המאפיינות, לפחות בחלקן ,תהליכים המופיעים בבני אדם החולים באלצהיימר – הן מבחינה פיזיולוגית ,כמו הפלאקים של חלבוני Aβוהן מבחינת פגיעה בתהליכי למידה וזיכרון .כשבחנו מה קורה לעכברים בשלבים שונים בחייהם, נמצא שמתחיל ניוון באסטרוציטים עוד לפני הופעת הפלאקים במוחות; כמו כן יש גדילת יתר של אסטרוציטים ריאקטיבים. שני התהליכים מתפתחים במקביל להתקדמות המחלה. בנוסף ניתן לראות שהאסטרוציטים הריאקטיבים מצטברים סביב פלאקים של ;Aβהאסטרוציטים הריאקטיבים אינם נראים מנוונים כמו אלו המצויים בסביבה המרוחקת מהפלאקים .לפי ביטוי GFAPניתן לראות שהביטוי עולה באסטרוציטים בקירבת הפלאק; עובדה זו עומדת בקו אחד עם הממצאים המראים שישנן מחלות נוירודגנרטיביות שמושפעות מהביטוי של .GFAP אסטרציטים וALS- במחלת ה ALS-מתחולל מוות ספציפי של נוירונים מוטוריים .הנוירונים המתים נמצאים ב,CNS- במוח או בחוט השדרה .תסמיני המחלה האופייניים הם חולשה של השרירים וחוסר פעילות שלהם. למחלה יש מרכיב גנטי נדיר בקרב אוכלוסיית החולים ,כאשר אחד הגנים הנפגעים הוא האנזים SOD1 ) .(Superoxide Dismutase 1בחקר המחלה טענו כי ייתכן שרפיון השרירים נובע מכך שהמוטציה פועלת בשרירים; על מנת לבדוק זאת ניתן לבטא את הגן באופן ספציפי במקום מסויים לבחינת ההשפעה. ואולם ,ביטוי של SOD1בשרירים לא גרם למחלה ולכן ככל הנראה הפגיעה היא נוירונלית. חמוטל בן דב החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2010 , נושא :2סוגי התאים השונים במערכת העצבים 45 על מנת לבדוק את תפקיד הנוירונים משתמשים בעכבר טרנסגן ל SOD1-כך שהגן מתבטא בכל הרקמות וקיים פנוטיפ המחלה; בהוצאת הביטוי של SOD1מהנוירונים המוטוריים התברר שלמרות שהגן התבטא בכל רקמות הגוף למעט הנוירונים המוטורים חומרת המחלה ירדה – אולם עדיין הייתה קיימת .מכאן שהימצאות ה SOD1-המוטנט בתאים אחרים יכולה גם היא לתרום למחלה. בנסיונות נוספים in vitroבהם יצרו כימרות מתרביות נוירונים מחד ואסטרוציטים מאידך שאחד מגורמי התרבית הכימרית נשא את הגן המוטנט ,ראו שאסטרוציטים פגועים גרמו לנוירונים בריאים לחלות. גם גרשר גידלו אסטרוציטים חולים לבד ואז שמו על נוירונים בריאים את נוזל הגידול של האסטרוציטים ראו תמותה בנוירונים .האסטרוציטים החולים מפרישים חומר שגורם לנוירונים למות. אסטרוציטים ותסמונת רט מחלה נוספת המושפעת על ידי אסטרוציטים היא תסמונט רט ,סוג מסויים של אוטיזם השכיח בנקבות; התינוקות מתחילים להתפתח בצורה רגילה אולם מאוחר יותר יש פגיעה בהתפתחות ופגיעות קוגנטיביות של חזרה לאחור ביכולת הדיבור למשל וכדומה .המחלה בעלת מאפיין גנטי והיא מופיעה עקב פגיעה בגן Mecp2המהווה פקטור שיעתוק. בבדיקה בה ניתן להראות את התרומה למחלה ,בדומה לשיטה בה השתמשו ב ,ALS-מצאו שהמוטציה באה לידי ביטוי כאשר המוטציה מצוייה באסטרוציטים .אם הגן יבוטא ברקמות אחרות לא תיגרם מחלה. אסטרוציטים ריאקטיבים – תומכים או מזיקים? כשהמוח סובל מפגיעה דוגמת שבץ מוחי ,ניכרת באיזור הפגיעה הצטברות של אסטרוציטים פעילים המכונים " ."Reactive Astrocyteאת האסטרוציטים באיזור הפגיעה ניתן לאפיין מורפולוגית :תאים גדולים עם פחות שלוחות ,והשלוחות הקיימות ארוכות ומכילות יותר ציטופלזמה. בצביעה ל GFAP-בעכבר מודל לפגיעת ראש ניתן לראות שבאיזור הפגיעה ) (Bיש הרבה נקודות חומות המייצגות את האסטרוציטים הריאקטיבים – שאינן מופיעות באיזור הלא פגוע ).(A מעבר לשינוי המורפולוגיה ,האסטרוציטים גם מתחלקים ומגדילים את מספרם.18 18בניגוד לנוירונים ,שבמוח הבוגר רובם המוחלט אינו יוכל להתחלק ,האסטרוציטים בעלי יכולת חלוקה; במצבים רגילים יכולת זו אינה באה לידי ביטוי וקצב החלוקה נמוך אולם במצבי פגיעה במוח ויצירת אסטרוציטים ריאקטיבים יש ביטוי מוגבר של יכולת החלוקה. החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2011 , חמוטל בן דב מבוא לנוירוביולוגיה 46 תופעה שלישית היא עלייה ברמת הביטוי של החלבון GFAPבתאים אלו )מסיבה זו הם בולטים יותר ברקמה הפגועה לעומת ברקמה הבריאה – אין זה שאין אסטרוציטים ברקמה הבריאה ,אולם רמת ה- GFAPהנמוכה יותר אינה מאפשרת לראות אותם ברזולוציה הנ"ל(. לפיכך עולה השאלה מה תפקידם של האסטרוציטים הריאקטיבים – האם הוא תומך או מזיק? התפקיד קשור על פי רוב בסוג הפתולוגיה ובשלב התהליך הפתולוגי; בניסוי הבא בחנו את תפקידם במצב של פגיעת ראש המזיקה למוח. איורים Eו F-הן הגדלות של Aו B-בהתאמה .איורים Gו H-הם הגדלות של Cו ,D-בהתאמה. לאסטרוציטים הריאקטיבים יש יכולת חלוקה; תודות לכך ,על מנת לעקוב אחריהם ניתן להזין את התאים בנוקליאוטיד מסומן .אם התאים מתחלקים ,הנוקליאוטיד יעבור אינקורפורציה ל DNA-והסימון יועבר לתאים המסנטזים DNAלצורך חלוקה .בניסוי השתמשו בנוקליאוטיד BrdUוסימנו את התאים על ידי נוגדן כנגד .BrdUניתן לראות ) C,Dוהגדלה באיורים (G,Hשבהמיספרה הלא פגועה יש מעט מאוד נקודות חלוקה בעוד שבהמיספרה הפגועה יש הרבה נקודות המסמנות תאים מתחלקים. כיצד ניתן לדעת אם אלו אכן אסטרוציטים? ניתן לבצע הכלאה בין צביעה בצבע מסויים על ידי נוגדן כנגד ) BrdUאדום( ונוגדן בצבע אחר כנגד GFAPלזיהוי אסטרוציטים )ירוק( .הצביעה הכפולה מראה במיקרוסקופ האם התאים שנצבעו על ידי הנוגדן של BrdUהיו אכן אסטרוציטים שסומנו על ידי הנוגדן ל.GFAP- חמוטל בן דב החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2010 , נושא :2סוגי התאים השונים במערכת העצבים 47 כיצד ניתן לאפיין את התפקיד של האסטרוציטים הריאקטיבים? לשם כך צריך לחולל את הפגיעה במצב שבו אין אסטרוציטים ולבדוק האם מצב הפגיעה הוחמר או הוטב .האסטרוציטים הריאקטיבים ידועים כתאים מתחלקים; לכן אם ניתן יהיה להרוג תאים מתחלקים הרי שניתן לסלק אותם מהמערכת. לצורך כך לוקחים את הגן לטימידין-קינאז של נגיף ההרפס ) ,(HSV-TKהמזרחן טימידין .העכבר הטרנסגני מכיל את הגן תחת בקרה של ,GFAPעל מנת שהחלבון יבוטא באסטרוציטים בלבד .19החלבון TKלא מזרחן רק טימידין אלא גם אנלוגים שלו; ולכן אם משתמשים באנלוג TK ,Ganciclovirמזרחן אותו והתא ינסה להשתמש באנלוג כנוקליאוטיד .שימוש זה יחולל עיכוב בחלוקה שיוביל למוות תאי ולכן בעכברים עם ,HSV-TKכאשר נותנים להם ,Ganciclovirהתאים המתחלקים עוברים אפופטוזיס. המערכת מחוללת מוות מתוכנן ומתוזמן של האסטרוציטים הריאקטיבים. התמונות מראות השוואה בין עכבר לא טרנסגני לעכבר טרנסגני ,שניהם עברו חבלת ראש .בסימון לנוירונים )(NeuN ניתן לראות שחל אי סדר קל מבחינת צפיפות וסדר הנוירונים בין ההמיספרות הפגועה והבריאה באיזור הפגוע של העכבר שאינו-טרנסגני ,אולם איזור הנזק הרבה יותר גדול בחיה שבה הרגו את האסטרוציטים הריאקטיבים .מכאן שלפחות במודל זה ,לאסטרוציטים הריאקטיבים יש תפקייד מסייע – הם משתתפים בתהליכי התאוששות לאחר שהייתה חבלה. אסטרוציטים יכולים לקלוט יונים וניורוטרנסמיטורים הנמצאים בחומר החוץ תאי ו/או נשפכים מהוירונים מתים; הם מבצעים תיקון פיזי של המרקם החוץ תאי – הפגיעה בפרנכימה פוגעת לא רק בנוירונים ויש לתקן את המטריקס הפגוע .כמו כן הם מספקים פקטורי גדילה והישרדות ,נוטריינטים וחומרים חיוניים אחרים הדרושים להישרדותם של הנוירונים ששרדו את החבלה; ויכולים לעודד סינפסוגנזה ונוירוגנזה. בצורות אלו האסטרוציטים הריאקטיבים יכולים להקל בחומרת הפגיעה. יחד עם זאת ,לאסטרוציטים ריאקטיבים יש גם תפקיד מרע :הם יכולים להפריש חומרים רעילים שבסופו של דבר יפריעו להתאוששות מהנזקים; כמו כן הם בסופו של דבר יוצרים – בנזק טראומה כמו שבץ – רקמה המכונה Glial Scarהמקיפה את איזור הפגיעה של המוח. 19פרומוטורים שונים מאפשרים להשתמש במערכת זו לכל סוג תא שיש לו פרומוטור ספציפי. החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2011 , חמוטל בן דב מבוא לנוירוביולוגיה 48 מהו תפקיד הצלקת הגליאלית? מבחינה מבנית ,הצלקת בנוייה משני גורמים :שלוחות אסטרוציטים שמגיעות לאיזור ומולקולות של מטריקס חוץ-תאי ,המופרשות על ידי האסטרוציטים .כאשר האסטרוציטים מגיעים לאיזור הפגוע הם מבודדים אותו ומונעים מהחומרים שאולי נשפכו בו להתפשט וליצור גל נזק שני; כמו כן הם יכולים לקלוט חומרים טוקסיים מהאיזור כמו גלוטמאט ולתמוך בנוירונים השורדים עם פקטורי הישרדות ונוטריינטים אחרים .אם כן ,התפקיד הראשוני של הצלקת הגליאלית הוא תפקיד מועיל בתהליכי תיקון הנזק .עם זאת ,מרגע שהצלקת נוצרה היא מהווה מחסום מפני רגנרציה של אקסונים ועל כן מהווה גורם מזיק: מבנה הצלקת, מבחינה מכאנית ומבחינה מולקולרית ,לא מאפשר לנוירונים פגועי-האקסונים לעזור לאקסונים להמשיך לתפקד ולעצבב מחדש לאיבר הבקרה שלהם. פגיעה בחוט שדרה על ידי דקירתו .אדום צובע אסטרוציטים וכחול מסמן את החומר החוץ תאי. סביב הדקירה מופיעה הצטברות אסטרוציטים מסיבית לצד חומרי ההפרשה שלהם .בשלב הבא )(d שמים נוירונים מגנגליאון ה) DRG-השולחים את השלוחות שלהם לעבר חוץ השדרה( וניתן לראות שהשלוחות אכן יכולות לנוע בחוט השדרה אולם הן נעות באיזורים הרחוקים מאיזור הצלקת הגליאלית – הצלקת מונעת את התארכות האקסונים שנפגעו בחזרה לתאי המטרה שלהם. – Schwann Cells/ Oligodendrocytesתאים מייצרי מיאלין עם גדילת האקסונים ,המחייבת בשל העלייה בגודל האורגניזם ,נולד הצורך להגביר את מהירות ההולכת של פוטנציאל הפעולה; בחסרי חוליות ננקטה שיטה של הגדלת קוטר האקסון ,ואכן נמצאים בהם אקסונים בעלי קוטר גדול במיוחד. יחד עם זאת בבעלי חוליות ,בהם מערכת העצבים מורכבת יותר מאשר בחסרי חוליות ,הפתרון הזה אינו שימושי שכן המקום שבו נמצאים הנוירונים תחום במקרים רבים על ידי קופסת העצמות שחללה מוגבל. ולכן ,בעלי חוליות נקטו בשיטה אחרת להגברת מהירות ההולכה של פוטנציאל הפעולה והיא יצירת בידוד לאקסון על ידי מעטפת ממברנות המכונה "מעטפת המיאלין" .כתוצאה מהבידוד מהירות הולכת פוטנציאל הפעולה עולה עד פי .100 חמוטל בן דב החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2010 , נושא :2סוגי התאים השונים במערכת העצבים 49 מעטפת המיאלין מעטפת המיאלין מורכבת מממברנות הכרוכות זו סביב זו ועוטפות את האקסון .הממברנות אינן נתרמות על ידי האקסון עצמו אלא על ידי תאים ייעודים – אוליגודנדריציטים ותאי שוואן. הממברנות בעלות מבנים מיוחדים המבדילים אותן מממברנות פלזמטיות אחרות :הרכבן פשוט יותר ומכיל בעיקר ) (76%ליפידים ויחסית מעט ) (18%חלבונים .ישנם שלושה סוגי חלבונים הנפוצים בממברנת המיאלין ,שאחד מהם הוא ה ,Myelin Basic-Protein-הייחודי לממברנות של מיאלין .20בהשוואת האקסונים של ה PNS-וה CNS-נמצא שהרכבי ממברנת המיאלין שונים מעט בין המערכות. מבנה מעטפת המיאלין הוא של ממברנות המלופפות זו סביב זו וסביב באקסון; קל יותר לראות מבנים אלו לרוב כאשר מביטים ב.PNS- אוליגודנדרוציטים )(CNS יוצרים את מעטפות המיאלין במערכת העצבים המרכזית .המעטפת אינה רציפה ומקיימת איזורים לא עטופים המכונים Node of ) ,Ranvier (NoRשם נמצאות תעלות היונים המאפשרות חידוש של פוטנציאל הפעולה ) (APעל מנת לחזק את האות ולקיים הולכה מהירה לכל אורך האקסון. בבחינת הפיזור האוליגודנדרוציטים נראה שהם פזורים בכל רחבי המוח; הדבר מעורר תמיהה תחילה :לכאורה הם צריכים להיות בחומר הלבן בלבד יחד עם זאת ,גם בחומר האפור ניתן למצוא אוליגודנדרוציטים המתחילים כבר שם ליצור מעטפות מיאלין ולתמוך בהישרדות הנוירונים המצופים על ידיהם. כאשר בוחנים את הימצאות מעטפת המיאלין על אקסונים ,לא כל האקסונים עטופים במיאלין .אלו על פי רוב Interneuronsשיש להם שלוחות לטווח קצר מאוד ולכן אין חובה שיהיו עטופות מיאלין; ישנן גם שלוחות נוירונים הנמצאות בחומר הלבן שאינן עטופות במיאלין. 20ולכן יכול לשמש כמטרה לנוגדנים המסמנים מעטפות מיאלין. החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2011 , חמוטל בן דב מבוא לנוירוביולוגיה 50 תאי Schwann אוליגודנדרוציט אחד יכול ליצור מעטפת מיאלין סביב מספר אקסונים .לעומת זאת תאי שוואן, המצויים במערכת העצבים ההיקפית ומספקים שם את תמיכת המיאלין עוטפים מקטע יחיד על גבי אקסון יחיד בלבד. קוטר האקסונים מגוון ומשתנה .ככל שקוטר האקסון גדול יותר, המעטפת סביבו תהא עבה יותר. ברזולוציה גבוהה יותר ניתן להבחין בממברנות הרבות היוצרות את שכבת המיאלין; האיזורים השחורים נוצרים על ידי החלק התוך-תאי של תא התמך היוצר את המיאלין .עובדה זו מדגישה שמבנה המיאלין הוא ממברנות צפופות שביניהן יש מעט ציטוזול. כאשר תא Schwannיוצר את המעטפת ,הוא מקיף בשתי שלוחות קצרות ועבות את האקסון ואז שלוחה אחת מתחילה לגדול מתחת לשלוחה השנייה ובצמוד לאקסון ,מתחת לשכבות האחרות .לאחר יצירת השכבות נוצרת מופיעים חלבונים הקושרים ממברנה אחת לממברנה שתחתיה .ב PNS-חלבונים אלו הם P0וב CNS-תפקיד דומה נתפס על ידי החלבון .PLP מעטפות המיאלין שבין NoRמכונות .Internodesכל שלוחה של אוליגודנדרוציט יוצרת Internodeאחד; באקסון אחד יכולים להיות מספר Internodesמשלוחות שונות של אותו האוליגודנדרוציט כמו גם מספר Internodes שנוצרו על ידי שלוחות של אותו האוליגודנדרוציט במספר אקסונים שונים. חמוטל בן דב החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2010 , נושא :2סוגי התאים השונים במערכת העצבים 51 לעומת זאת ,ב PNS-נוצרת מעטפת המיאלין בידי תאי ,Schwannהיוצרים מעטפת על גבי אקסון אחד בלבד .האיזור הנעטף על ידי תא Schwannבודד מהווה Internodeאחד בלבד .כך יוצא שאקסון אחד ,ב ,PNS-לרוב יהיה עטוף על ידי מספר תאי ) Schwannאשר להבדיל מב ,CNS-עוטפים רק אותו(. מבחינה התפתחותית וגם במוח הבוגר, אוליגודנדרוציטים בוגרים ,היוצרים מיאלין ,נוצרים מ.OPC (oligodendrocyte precursor cells)- ה OPC-אינם יוצרים מעטפת מיאלין ,אולם טמון בהם הפוטנציאל להתמיין לתאים המייצרים מיאלין. Node of Ranvier כאשר בוחנים את האיזור בו מסתיימת עטיפת המיאלין ,איזור ,NoRניתן למצוא ייחודיות מורפולוגית והרכבית: ורוד כהה מעטפת מיאלין; בתווך – האקסון .ממברנת המיאלין אינה אחידה – יש לה קצוות שמנמנים המכונים .Paranodesהאיזור הנמצא בסמיכות לקצוות הוא ה Juxtaparanode-ואחריו נמצא ה.internode- איזור ה NoR-מאופיין בשלושה איזורים שונים לפחות.Juxtaparanode, Paranode & Node : בבחינת המבנה הזה נמצא שהוא לא רק ניחן באפיון מורפולוגי אלא גם באפיון ביוכימי – כל אחד מהאיזורים הינו בעל דגם ביטוי אחר לחלבונים .חלבונים באיזור ה Node-יכילו תעלות נתרן רבות; באיזור Paranodeמתבטא החלבון ,Casprשגם הוא ספציפי לאיזור שלו; בJuxtaparanode- מתבטאות תעלות אשלגן תלויות-מתח ).(Kv ביטוי ספציפי של חלבונים באיזורים מוגדרים :באיזור NoRיש פס צר המסומן על ידי נוגדן כנגד תעלות נתרן )אדום( .איזור ה ,PN-הנצבע באדום ,נצבע ספציפית על ידי נוגדן כנגד .Casprהצבע הכחול מסמן את תעלות האשלגן – המצויות בכל התא ובעיקר בצמוד לאיזור ה.JPN- איזור NoRאומנם אינו עטוף במיאלין אך גם הוא תחום בצורה מסויימת – אל איזור זה ב PNS-תאי Schwannשולחים שלוחות – שאינן שלוחות מיאלין; ב CNS-האסטרוציטים יכולים לשלוח את שלוחותיהם ל) NoR-איור בעמוד הבא ,משמאל(. החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2011 , חמוטל בן דב מבוא לנוירוביולוגיה 52 חשיבות המיאלין בפגיעות מוחיות דוגמת מחלות נוירודגנרטיביות מיאלין ורגנרציה של רקמת העצבים כאשר יש פגיעה במערכת העצבים – בין אם ממחלה ובין אם מפגיעה דוגמת שבץ – האקסונים של הנוירונים הפגועים נפגעים ,וכתוצאה מכך נקטעים. תיאורטית ,האקסונים יכולים לנסות ליצור מבנה דמוי קודקוד-הגדילה ) (Growth Coneשינסה להמשיך ולהגיע לעבר איבר המטרה. הרגנרציה בחולייתנים לאחר פגיעה במערכת העצבים נמוכה מאוד ,ממספר סיבות: • ירידה ביכולת של קודקוד-הגדילה להתקדם ולמצוא את מקומו הייעודי. • אותות מקומיים שמונעים מהקודקוד להמשיך ולהגיע ליעדו .דוגמה אחת קיימת בצלקת הגליאלית הנוצרת על ידי האסטרוציטים וחוסמת התפתחות של אקסונים דרך איזור הפגיעה )לצד תפקידה החיובי במניעת התפזרות פסולת התאים המתים(. גם האוליגודנדרוציטים תורמים לאותות המקומיים ,משום שעל פני ממברנת התאים היוצרת את המיאלין מתבטאות מספר מולקולות בעלות אפקט דחייה :כאשר קודקוד הגדילה מגיע למולקולות אלו וחש אותן הוא מקבל סיגנל דחייה ,שלא להמשיך קדימה. בפגיעה ,מולקולות המיאלין שהיו באקסון הנפגע מתפרקות ויוצרות פסולת מיאלין רבה .קודקודי-הגדילה המתארכים נתקלים בפסולת המיאלין שנותרה לאחר ההתפרקות )כמו גם ברצפטורים הנמצאים על אוליגודנדרוציטים מקומיים( .ביניהן ניתן לציין את ),Mag (Myelin-associated glycoprotein ) Omgp (Oligodendrocyte myelin glycoproteinואחרות. חמוטל בן דב החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2010 , נושא :2סוגי התאים השונים במערכת העצבים 53 מיאלין וטרשת נפוצה במחלה טרשת נפוצה ,בה המערכת החיסונית תוקפת את ה ,CNS-הפגיעות יכולות להיות בכל מקום – לאו דווקא באיזורים מוגדרים – ומשום כך התסמינים מגוונים מאוד .המערכת החיסונית – מסיבות שעדיין לא ידועות – תוקפת את מעטפת המיאלין שנוצרת על ידי האוליגודנדרוציטים .כתוצאה מהתקיפה ישנם איזורים מוגדרים בחומר הלבן בהם המערכת החיסונית גורמת להסרת המיאלין מהאקסונים ולכן הסבה פגיעה ליכולת הובלת הסיגנל התקינה של הנוירונים הפגועים וגרמה לתסמינים שהופיעו. יכולה להיות מידת החלמה מפגיעה זו ,על ידי פריקורסורים של אוליגודנדרוציטים שיכולים לחדש את מעטפות המיאלין על התאים; ואולם הגורם לאקטיבציה של התגובה החיסונית והסיבות לכך שלעיתים היא מתרחשת ולעיתים לא הינה נושא חשוב שעדיין נמצא תחת מחקר. לסיכום בבחינת תפקיד האוליגודנדרוציטים – תקין או פגוע – ניתן לראות שאין לתאים תפקיד רק בהולכת הסיגנל אלא הם מספקים סיגנלים ששומרים על החיות והחיוניות של התאים אותם הם עוטפים .השפעה זו אינה תלויה במיאלין עצמו אלא בגורמים בלתי-תלויים במיאלין .לאחרונה נמצאו סדרה של חלבונים אשר כאשר הם מוטנטים נמצאו כדומים למספר מחלות נוירודגנרטיביות וייתכן שאף משחקים תפקיד במחלות פסיכיאטריות. נוסף ליכולת של המיאלין לספק מעטפת מבודדת יש לו תפקיד חשוב בתמיכה בנוירונים העטופים. מיקרוגליה – מערכת החיסון של הCNS- בכל רקמות הפריפריה קיימים תאים שתפקידם הייחודי הינו בשמירה על הרקמה – תאים פגוציטים המשתמשים ביכולת לסילוק שברים ופסולת תאים וכן לסילוק גורמים פתוגנים דוגמת וירוסים וחיידקים. במידה ואינם יכולים להתמודד עם העומס ,תאים אלו מסוגלים גם לשלוח סיגנלים למערכת החיסונית על מנת לזמן תאים מתמחים יותר בכישורי ההגנה וסילוק הפתוגנים. גם במוח יש תאים מעין אלו ,ואלו הם המיקרוגליה ) .(Microgliaהמיקרוגליה מהווים את קו ההגנה הראשון בפגיעות וזיהומים במוח .הם משתייכים למשפחת תאי הגליה ,שכן הם נמצאים ב CNS-ואינם נוירונים ,אולם הם שונים מהמקרוגליה ) – (Macrogliaהאסטרוציטים והאוליגודנדרוציטים – בשני דברים מרכזיים: • מוצא עוברי – בבחינת התפתחות מערכת העצבים ,הנוירונים והמקרוגליה מגיעים ממקור עוברי של רקמת האקטודרם )בעלי פוטנציאל התפתחותי לתאי מע' העצבים הנ"ל( .עם זאת ,מוצאם העוברי של המיקרוגליה במזודרם והם מיוצרים על ידי רקמת תאי הגזע ההמטופוייטים – המייצרת את תאי החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2011 , חמוטל בן דב מבוא לנוירוביולוגיה 54 הדם השונים – דרך המסלול המיאלואידי .מבחינה התפתחותית ,המיקרוגליה מיוצרים ישירות מהפרוג'ניטורים )תאי האב( המיאלואידים ,המצויים בשק החלמון בתקופה העוברית .בשלב מוקדם זה הם פולשים לתוך המוח. • פונקציה – תאי המיקרוגליה מהווים כ 20%-מכלל תאי הגליה ו 12%-מכלל התאים במוח .הם נמצאים בכל רחבי הרקמה כמעט ונמצאים במגע הדוק עם תאים אחרים ,עם נוירונים )בסינפסות ובגוף התא( וכן בקירבת כלי דם. המיקרוגליה פולשים למוח במהלך ההתפתחות העוברית מבחינה מורפולוגית ,תאי המיקרוגליה המצויים במוח העובר ומיד לאחר הלידה בעלי מורפולוגיה אמבואידית – צורה כדורית יחסית ,ללא שלוחות רבות .המורפולוגיה הזו נמצאת באסוציאציה עם תכונתם של התאים לבצע פגוציטוזה :במהלך ההתפתחות ישנו מוות תאי )אפופטוזיס( נרחב במערכת העצבים ועל המיקרוגליה לסלק את התאים המתים .במוח הבוגר ,המיקרוגליה משנים את המורפולוגיה שלהם :מתקבלת מורפולוגיה ,Ramified תאים קטנים מרובי שלוחות .במצבים של פגיעה המורפולוגיה משתנה בהתאם .בשל שינוי זה ,כאשר החוקרים הסתכלו תחילה במוח תקין וראו את המורפולוגיה Ramifiedהם כינו אותם .Resting Microglia לאחרונה נמצא שהמיקרוגליה ה"נחים" בעלי תפקיד חשוב מאוד :מתברר שהשלוחות הקטנות שלהם ניידות מאוד וסורקות את האיזורים בהם הם נמצאים – נשלחות קדימה ומתקפלות חזרה לתא ,ובעזרת מגוון רצפטורים חשות מה קורה במוח .האינפורמציה המתקבלת על ידי שלוחות המיקרוגליה מהנוירונים מאותתת למיקרוגליה האם להפוך לאקטיבים או לא. בבחינת כלי דם ניתן לראות תאים המצויים בקירבת כלי הדם – לא בפרנכימה של המוח – המכונים .Perivascular Macrophagesבעבר חשבו שזהו מקורם של המיקרוגליה ,אולם היום ידוע שמקורם הוא מתא-האב המיאלואידי בשק החלמון של העובר. תגובת המיקרוגליה לנזקים במוח ברגע שהשלוחות מזהות פגיעה הן גורמות למיקרוגליה לאקטיבציה, הגוררת שתי תגובות: • תגובה מהירה – שליחה מהירה יחסית )דקות או שניות( של שלוחות המיקרוגליה על מנת לאטום את איזור הנזק ולמנוע בריחה של חומרים מהאיזור הפגוע לשאר הפרנכימה. • תגובה איטית – עלייה במספר המיקרוגליה הנובעת מחלוקה; שינוי במורפולוגיה של המיקרוגליה )התעבות של התאים ליציאת תאים גדולים מקלוניים ,בעלי שלוחות מועטות ועבות חמוטל בן דב החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2010 , נושא :2סוגי התאים השונים במערכת העצבים 55 או אמבואידים(; הם מפעילים גנים רבים להפקת תוצרים מולקולרים חשובים – דוגמת ציטוקינים; באיזור הפגיעה יש תאי מיקרוגליה מרוחקים מאיזור הפגיעה מתחילים לנדוד לאיזור הפגיעה על מנת לגבות את תאי המיקרוגליה הסמוכים ,שהגיבו במהלך התגובה המהירה. בעבר ,כאשר בחנו את המורפולוגיות של המיקרוגליה בתהליכי נזק ,הבחינו במורפולוגיות השונות שלהם וראו שיש תלות בין המורפולוגיה למרחק מאיזור הפגיעה – קרוב לאיזור הפגיעה המורפולוגיה אמבואידית וככל שמתרחקים המורפולוגיה יותר מקלונית .עובדה זו הובילה למחשבה שזהו תהליך מדורג. היום ידוע שהסיבה למורפולוגיות השונות אינה תהליך הדרגתי אלא העובדה שבמצב של נזק המיקרוגליה נחשפים למגוון רחב של תוצרי הנזק ,המפעילים סוגים שונים של אקטיבציות – שלכל אחת יכולות פונקצינליות שונות וייחודיות. תפקידי המיקרוגליה המיקרוגליה הם קו ההגנה הראשון של המוח – במצב של נזק ,הם מתייצבים עם מגוון רצפטורים היכולים לחוש אותו .בפגיעות קטנות מתחוללת התגובה המהירה ,המיקרוגליה שולחים שלוחות ומבודדות את איזור הפגיעה; אם הנזק גדול יותר ,כמו למשל הדבקה זיהומית ,המיקרוגליה עוברים אקטיבציה ,תופסים את הגורם המזהם ,בולעים אותו ומשמידים אותו. בנזק ופגיעה במוח מופיעים תאים מתים; יש לסלק את התאים האלו ,כמו גם את שברי התאים ,שברי המיאלין וכדומה .הסילוק נעשה על ידי המיקרוגליה בעזרת פאגוציטוזה; הם משמשים גם בפתולוגיות, למשל בבליעת .Aβ סילוק הפסולת מהפרנכימה חשוב מכיוון שנוירונים מתים השופכים את תכולתם החוצה יכולים לגרום לנזק משני; מיאלין מעכב רגנרציה והמקום הנתפס על ידי הפסולת ממלא את המקום אליו יכולות להתארך השלוחות במהלך ההחלמה. נוסף על כך ,כמו האסטרוציטים ,המיקרוגליה יכולים להפריש מגוון פקטורי הישרדות שיכולים לעזור לנוירונים הפגועים ששרדו את הפגיעה להישאר בחיים. • • • במצב פגיעה המיקרוגליה מאוקטבים לייצור חומרים מעודדי דלקת כמו ציטוקינים וכימוקינים. הפרשה זו גורמת לשינוי בחדירות ה BBB-כך שתאים פריפראלים בכלי הדם יכולים להיכנס למוח ,דוגמת לימפוציטים ותאי .NK יכולים לשמש כתאים מציגי אנטיגנים ) (APCעל מנת לסייע באקטיבציה של לימפוציטים. אקטיבציית יתר – הצד האפל של המיקרוגליה למיקרוגליה יש תפקיד חיובי; יחד עם זאת ,במצבים של אקטיבציית יתר הם יכולים לגרום לנזק כי הם מפרישים תאים שיכולים לגרום למוות של נוירונים חלשים ואף לחולל פגיעה בעצמם .בכלל אלו נכנסים אותם ציטקינים מעודדי-דלקת ) (IL-6, IL-12, TNFaומולקולות ציטוטוקסיות ) ROS (O2-), NO, .(TNFa, Glu, Histamine החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2011 , חמוטל בן דב מבוא לנוירוביולוגיה 56 אותות האקטיבציה של המיקרוגליה במוח בריא ,המיקרוגליה אינם אקטיבים ,נמצאים במצב Ramified Resting Microgliaובודקים את מצב המוח .חוסר האקטיביות הוא תוצר של סיגנלים הנשלחים על ידי הנוירונים שיכולים לעבור באינטראקציות תא-תא )דרך חלבונים ממברנלים הנקשרים אחד לשני ויוצרים קשר פיזי בין התאים( או מופרשים מהנוירונים ונקלטים על ידי רצפטורים במיקרוגליה. זהו סיגנל ה"כיבוי" ) (OFFשל המיקרוגליה .הסרה של הסיגנל הזה לבדה יכולה להספיק לאקטיבציה נמוכה של המיקרוגליה .כמו כן ,המיקרוגליה יכולים להיות מופעלים על ידי סיגנלי – ONסיגנל אקטיבי המופרש על ידי הנוירונים בכוונה להפעיל את המיקרוגליה באופן ישיר .חומרים אלו מיוצרים כאשר יש פגיעה במוח. בקרה על המעבר מתגובה מהירה לתגובה ארוכת-טווח כאשר בוחנים את המיקרוגליה ,ניתן לראות שעוד לפני הנזק עצמו – במצב המנוחה – המיקרוגליה מבטאים על גבי הממברנה שלהם רצפטורים של ATPהמכונים .P2y12ה ATP-יכול להיות מופרש מתאים במצב רגיל או במצב של נזק. כאשר נגרם נזק ATP ,שהיה בתאים הפגועים נמצא בחומר החוץ-תאי; ATPנקלט על ידי הרצפטור שנמצא על גבי המיקרוגליה ואז מתחילה נדידה של שלוחות המיקרוגליה הסמוכים לעבר איזור הפגיעה .רצפטור ATPמפעיל את התגובה המהירה. במקביל מתחילה שרשרת תגובות נוספות בתוך תאי המיקרוגליה ,המביאות לירידה לאורך זמן של P2y12 ולעלייה במקביל של רצפטור אחר – .P2y6רצפטור זה, המופיע בשלבים המאוחרים לאחר איתור הפגיעה ,קושר .UTP/UDPקשירה של הליגנד על ידי P2y6מחוללת שינויים המקנים לתאים תכונות אמבואידיות ,המתאימות לדרישות בתגובה ארוכת-הטווח. חמוטל בן דב החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2010 , נושא :2סוגי התאים השונים במערכת העצבים 57 תאי המיקרוגליה יכולים להגיב למגוון מולקולות – LPS ,UTP ,ATPוכדומה .כתוצאה ,סוג האקטיבציה יישתנה בהתאם והתגובות שייתקבלו יהיו מגוונות .לדוגמה,במצב של פגיעה נוצר נזק לפסולת מיאלין; המיקרוגליה יכולים לבלוע את המיאלין ולפנות אותו לצורך איפשור רגנרציה .מאידך ,הפעלה אחרת יכולה לגרום לאקטיבציית יתר שתוביל בסופו של דבר למוות הנוירונים באיזור הפעילות של המיקרוגליה. במערכת מודל של עכבר הראו שאם מורידים את המיקרוגליה ניתן למנוע טרשת נפוצה – מכאן שבמערכת המודל הזו המיקרוגליה משחקים תפקיד חשוב במחלת הטרשת הנפוצה; הדגמות דומות נעשו במערכות מודל למחלות האלצהיימר ו.ALS- מיקרוגליה ואלצהיימר מחקרים טוענים שיש קשר בין הטוקסיות לבין המיקרוגליה במחלת האלצהיימר .בבחינות של מוחות חולים ,נראה שתאי המיקרוגליה של המוח החולה עוברים אקטיבציה – עוד לפני הופעת הסמנים המורפולוגים העיקריים של המחלה בעכברים. מחלת האלצהיימר בבני אדם ובעכברים מלווה באקטיבציה מסיבית של מיקרוגליה. התאים המקיפים את הפלאק הם אסטרוציטים ותאי מיקרוגליה. האם האקטיבציה הינה לטוב או לא? יש הטוענים שתאי המיקרוגליה האקטיבים סובלים מאקטיבציית יתר ,דבר המוביל למצבים טוקסיים במוח .בתרביות של מיקרוגליה שעברו אקטיבציה על ידי חומרים מוכרים ואשר לאותן תרביות הוסיפו תאי נוירון מבודדים ,ניתן לראות שהמיקרוגליה האקטיבים מביאים למותם של הנוירונים – הם יוצרים פקטורים טוקסיים שהורגים את הנוירונים .במחלה כמו אלצהיימר ,בה המיקרוגליה נמצאים אקטיבים במשך שנים ,ייתכן שהם מפרישים את אותם חומרים טוקסיים וממיתים את הנוירונים – ובכך תורמים למחלה. החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2011 , חמוטל בן דב מבוא לנוירוביולוגיה 58 ה Aβ-הינו טוקסי – הוספתו לתרבית נוירונים גורמת באופן ישיר למוות נוירונים .אולם ,נוסף על כך ניתן להראות שהוא גם יכול לגרום להפעלה ישירה של מיקרוגליה – אחד מסימני ה ON-הגורמים לאקטיבציה של מיקרוגליה נחים הוא .Aβהיות ותאי המיקרוגליה המאוקטבים עקב החשיפה ל Aβ-מפרישים חומרים טוקסיים ,הם רק מוסיפים לנזק הטוקסי בפני עצמו של Aβעל הנוירונים. האיזורים הצבעוניים הם פלאקים והשחורים הם תאי מיקרוגליה ,הפרושים בכל רחבי המוח אולם מתרכזים במיוחד ליד הפלאקים. יחד עם זאת ,למיקרוגליה אין רק השפעה מזיקה במחלת האלצהיימר; המיקרוגליה הינם תאים פגוציטים וישנן עדויות לכך שיש להם היכולת לבצע פאגוציטוזה של .Aβבליעה זו מאפשרת לפנות את Aβולהקטין את הטוקסיות של הפפטיד .כמו כן המיקרוגליה מסנטזים אנזימים המשמשים לדגרדציה של ,Aβדוגמת האנזימים Neprilysin & IDE ).(insulin-degrading enzyme המקור המיקרוגליה הוא מהמקרופגים העובריים שהגיעו משק החלמון ואיכלסו את המוח .מונוציטים או תאים דנדריטים ,שמקורם בפריקורסורים ממח העצם של הבוגר ,אינם תורמים להימצאות המיקרוגליה במוח הבוגר והבריא .אולם זה המצב במוח בריא :כאשר יש פגיעה במצבים פתולוגיים ישנה פריצה של BBBותאים יכולים לצאת מזרם הדם ולאכלס את המוח .כשבוחנים פגיעות אקוטיות או פתולוגיות עם סמנים לתאי מיקרוגליה ,חובה לקחת בחשבון שהסמנים שכיום משתמשים בהם לא מבדילים בין מיקרוגליה לעומת מקרופגים/תאים דנדריטים שפרצו מה BBB-בעקבות המצב הפתולוגי. במוחות של חולי אלצהיימר יש אקטיבציה מסיבית של תאי מיקרוגליה .הדמיית PETמאפשרת לזהות תאי מיקרוגליה אקטיבים. חמוטל בן דב החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2010 , נושא :2סוגי התאים השונים במערכת העצבים 59 בהדמייה במוח חולה לעומת מוח בריא )בעמוד הבא( ניתן לראות את העלייה בכמות המיקרוגליה המסומנים. גידולים סרטניים במוח פגיעות במוח יכולות להתרחש גם מגידולים סרטניים .במוח ישנם שני סוגי גידולים אפשריים :גידול ראשוני ,בו מקור תאי הגידול הם תאי מוח )גליומה(; או גידול משני בו מקור תאי הגידול שלו הוא בגרורות שנשלחו למוח מגידולים בפריפריה. באיזור גידול הגליומה )או בצורתו האגרסיבית, גליובלסטומה( יש כמות עצומה של מיקרוגליה )חום( – עד 40%ממסת הגידול היא מיקרוגליה. הגידול מורכב מתאי גליומה )אסטרוציטים שעברו התמרה לחלוקה לא מבוקרת( והמיקרוסביבה של הגידול – תאים שנמצאים בתוך הגידול עצמו מבלי להיות תאים מותמרים. מערכת החיסון – ובכלל זה המיקרוגליה וקרוביהם המקרופגים – מנסה להילחם במצבי זיהוי רקמות זרות ,דוגמת תאי גידול .אולם ככל הנראה זו לא הסיבה להימצאות המיקרוגליה בסביבת הגידול :הגידול למעשה מושך את המיקרוגליה והמקרופגים שבאיזור על מנת לשנות את סוג האקטיבציה שלהם לכיוון התומך בשגשוג הגידול .התאים החיסוניים אינם גורמים ישירות להתמרה נוספת של התא הסרטני אולם הם תומכים ביכולת שלו לשגשג ולשלוח גרורות ,במגוון דרכים :סינטזת והפרשת פקטורי הישרדות וחלוקה של תאי הגידול; שחרור אנזימי דגרדציה של ה ECM-על מנת לאפשר נדידה קלה יותר של גרורות; הפרשת חומרים המעודדים יצירת כלי דם חדשים ) ;(angiogenesisואפקטים אחרים התומכים בשגשוג הגידול. דו-שיח שבין המיקרוגליה והנוירונים הנוירונים מאותתים לתאי המיקרוגליה ונותנים להם סיגנל OFF )"הכל בסדר"( או ) ONהיעדר OFFאו הפעלה פעילה במצבי נזק( .אולם ,מתברר שגם המיקרוגליה יכולים להשפיע על הסיגנלים של הנוירונים ,לדוגמה בסיגנלים של כאב. למיקרוגליה יש תפקיד בניהול של כאב פנטום ,המופיע לאחר קטיעה של איבר גם לא לאחר החלמת הקטיעה ,או לחילופין בכאבים כרוניים .הנוירונים הסנסורים ,שגופם ב ,DRG-שולחים דנדריטים ארוכים מאיבר החישה ואקסונים לתוך חוט השדרה, וכך מעבירים את סיגנל הכאב למוח. החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2011 , חמוטל בן דב 60 מבוא לנוירוביולוגיה במצב של קטיעה ופגיעה בנוירון הסנסורי ,מידע הפגיעה מועבר לתאי המיקרוגליה בחוט השדרה ,לאיזור הנוירונים שאמורים לקבל את סיגנל הכאב מהמערכת הסנסורית .המיקרוגליה החשים את הפגיעה עוברים אקטיבציה ומשנים את תכונותיהם – כעת הם מבטאים את הרצפטור ,P2X4שיכול להרגיש .ATPקשירה של ATPלרצפטורים במיקרוגליה מאוקטבים מהווה סיגנל לנוירון האמצעי בקירבתם; הנוירון הזה ,שהוא נוירון כאב ,מעוכב על פי רוב על ידי ;GABAאולם המיקרוגליה האקטיבי גורם להפסקה בעיכוב על ידי GABAולכן מתחיל שידור של כאב .הפסקת שחרור ה GABA-נעשית על ידי .BDNF • המידע אודות הפציעה מעורר אקטיבציה של מיקרוגליה. • מיקרוגליה מאוקטבים מבטאים ,P2X4רצפטור ל.ATP- • קשירה של ATPלרצפטור )למשל כתוצאה ממות תאי נקרוטי( גורמת לשחרור .BDNF • BDNFמעכב את קליטת ה GABA-על ידי interneuronsשמתווכים תחושת כאב .הפסקת הקליטה של ,GABAשעד כה עשה אינהיביציה ל ,interneurons-תוביל לתחושת כאב במוח. שלוחות המיקרוגליה ,הסורקות את המוח במצב בריא ,יכולות לחוש פגיעות סינפטיות ולבצע פאגוציטוזה של הסינפסות הפגועות .המגע עם הסינפסות מתקיים אחת לשעה והינו מגע קצר )כ 5-דקות( התלוי בפעילות הסינפטית ,וקצבו יורד כאשר הפעילות יורדת .במצב של פגיעה ,המגע של השלוחות בסינפסה ממושך יותר ומלווה בהיעלמות הסינפסה – ככל הנראה עקב הפעילות של המיקרוגליה. חמוטל בן דב החוג לביולוגיה ,אוניברסיטת תל אביב2010 ,
© Copyright 2024