离子通道活动的神经上皮神经干细胞

文摘

在胚胎发育的中枢神经系统,神经上皮的细胞作为神经干细胞。他们一起经历interkinetic核运动apico-basal轴在细胞周期。神经上皮的细胞显示了核质(Ca强劲增加^{2 +}]G protein-coupled受体激活s阶段,在此期间细胞核位于基底神经上皮细胞的区域。这种反应是由Ca^{2 +}细胞内钙释放^{2 +}商店,由内质网和核膜。Ca^{2 +}释放导致Ca的激活^{2 +}从细胞外空间,叫做容性或门店Ca^{2 +}条目。这些运动的Ca^{2 +}在DNA合成s阶段至关重要。自发的Ca^{2 +}同步振荡也发生在细胞。这个由同步电压波动导致核被膜的膜电位^{2 +}释放和K的对抗运动⁺离子;电压波动引起交流电(AC),通过容性电流耦合传播到邻近的细胞。跨质膜的膜电位稳定通过间隙连接耦合降低输入电阻。因此,存储Ca^{2 +}离子是一个关键球员在维护神经上皮细胞的细胞活动。

1。介绍

在胚胎发育的中枢神经系统,神经上皮细胞作为神经干细胞。神经上皮形成神经管,中枢神经系统包括脊髓、视网膜和大脑。神经上皮细胞的极化结构:顶端过程面临着心室,最远的部分基底与基底膜接触过程。这种接触是必要的细胞进行interkinetic核运动沿着apico-basal轴在细胞周期(1- - - - - -4]。神经上皮的细胞s阶段合成DNA基底的地区,其次是soma向顶端区域的运动细胞分裂之前在有丝分裂期(3,4]。

研究离子通道活动的神经上皮细胞,视网膜神经上皮是一个合适的模型,因为视网膜可以从一个孤立的视杯在胚胎发育的早期阶段。神经管外翻外侧形成两个眼泡,每个入鞘的形成一个视杯。内壁上的神经上皮的视杯成为了视网膜。图1显示了正在经历interkinetic核的视网膜神经上皮的细胞运动和第一个神经元分化,视网膜神经节细胞。发展变化的细胞活动概括为图2。视网膜神经上皮细胞的研究表明,各种离子通道在这些细胞组装和维护是重要的神经上皮细胞的细胞活动。当前论文旨在调查和讨论离子通道的功能角色中发现视网膜神经上皮的细胞,以及其他神经管干细胞细胞系。

2。Channel-Mediated释放Ca^{2 +}从细胞内钙^{2 +}商店

神经上皮细胞的活化反应强劲G protein-coupled受体(GPCRs)包括毒蕈碱的乙酰胆碱受体(7),P2Y purinoceptors [8],lysophosphatidic酸受体(9),导致细胞内钙的增加^{2 +}浓度([Ca^{2 +}])。激活这些GPCRs导致生产肌醇1,4,5-trisphosphate(高级警官₃)和磷脂酰肌醇4,5-bisphosphate (PIP)₂通过磷脂酶C)的酶。高级警官₃激活高级警官₃受体Ca^{2 +}通道引起Ca的释放^{2 +}从细胞内钙^{2 +}商店(Ca^{2 +}动员)[10]。另一种类型的Ca^{2 +}释放通道,即阿诺定受体通道,不太可能在视网膜神经上皮的细胞功能,因为没有反应是诱发的咖啡因(阿诺定受体的激活)8]。

使用共焦荧光显微镜和Ca^{2 +}敏感的荧光指标,结果表明,Ca^{2 +}动员是依赖于细胞周期11]。增加细胞内(Ca^{2 +}]发生在s阶段的核浆细胞,其中somata本地化发展中神经上皮的基底区域。相比之下,Ca^{2 +}动员在有丝分裂期的细胞减少,位于顶端的地区。在新生儿视网膜神经节细胞迁移到基底区域(图1),Ca^{2 +}动员也减少了。这些结果表明,核质(Ca的上升^{2 +})期间所需DNA合成s阶段,Ca^{2 +}动员体制不太活跃的神经分化后(11]。目前尚不清楚在细胞周期(即其他阶段。G₁或G₂)显示Ca^{2 +}增加。

GPCR-mediated Ca^{2 +}神经上皮细胞的反应也取决于视网膜的发育阶段。在胚胎第三天(E3),几乎所有的视网膜神经细胞产生神经上皮细胞的自我更新(图1),Ca^{2 +}在这个阶段动员是最强劲的。视网膜神经节细胞和其他类型的神经元是天生的E4和E8之间,然后神经发生停止(12]。在E3和E8之间,Ca^{2 +}响应下降与视网膜细胞的增殖活动减少(7- - - - - -9,13]。这个发展概要文件表明,Ca^{2 +}动员对于神经上皮细胞的增殖可能是至关重要的。为了支持这一概念,使用视网膜细胞培养的研究表明钙的释放^{2 +}从细胞内钙^{2 +}存储在这些细胞DNA合成(至关重要14]。

增加钙^{2 +}动员也自发地发生同步的Ca^{2 +}振荡的视网膜神经上皮的细胞(15)(图2)。GPCRs,比如P2Y purinoceptors,可能是由环境持续激活ATP,发布在一个自分泌和旁分泌的方式(16]。的激活P2Y purinoceptors也已被证明能够促进视网膜神经上皮细胞的增殖16- - - - - -18]。P2拮抗剂的抑制性影响视网膜神经上皮细胞的增殖表明内生ATP激活P2Y purinoceptors既定的(16]。同步的机制^{2 +}振荡是在本文稍后讨论。

增加细胞内(Ca^{2 +}s阶段的细胞可能参与Ca的激活^{2 +}端依赖核增殖的信号。有人建议在不同的细胞类型,磷酸酶,Ca^{2 +}/ calmodulin-dependent磷酸酶,脱去磷酸转录因子NFAT(核转录因子的激活t淋巴球),调节细胞周期进展(19,20.]。

3所示。门店Ca^{2 +}条目

Ca的释放^{2 +}从细胞内钙^{2 +}商店已经被证明可以瞬间产生大量的细胞外钙^{2 +}。这个Ca^{2 +}流入称为容性或门店Ca^{2 +}条目,以及细胞内钙的补充是必要的^{2 +}商店(21,22]。这种类型的Ca^{2 +}涌入也发生在视网膜神经上皮的细胞(23]。

门店Ca^{2 +}进入视网膜神经上皮的细胞也已被证明能够下降,细胞变得越来越分化(13,23]。门店Ca^{2 +}条目也被证明是必不可少的在培养的视网膜细胞DNA合成(14]。在文化模型的神经干细胞,神经母细胞瘤×NG108-15神经胶质瘤细胞系,门店Ca^{2 +}条目中最频繁的是扩散,而不是神经分化,介质(24]。有人建议,门店Ca^{2 +}条目也参与Ca^{2 +}转录调控通路对细胞周期进展通过钙调磷酸酶和NFAT的激活19,20.]。

负责容性的渠道^{2 +}条目已经应该是瞬时受体电位(TRP)通道(21,22]。显然,现在是敌人分子作为Ca^{2 +}传感器在内质网和orai蛋白质功能的通道^{2 +}涌入(21,22]。特定的渠道参与门店的Ca^{2 +}进入神经上皮的细胞尚未确定。

4所示。Ligand-Gated渠道

视网膜神经上皮的细胞也表达ligand-gated频道。应用神经递质γ-氨基丁酸(GABA)引起强烈的去极化,导致l型Ca的激活^{2 +}渠道,使Ca^{2 +}涌入(25]。的GABA-induced去极化是由于Cl的流出⁻离子通过GABA_一个受体通道,因为细胞内(Cl⁻在视网膜神经上皮的细胞是高于成熟神经元和Cl的平衡电势⁻比静止膜电位(更积极25]。

GABA-induced的去极化和Ca^{2 +}通过压敏电阻器Ca涌入^{2 +}渠道已被证明在大脑皮层抑制DNA合成祖细胞(26和细胞周期进展从纹状体神经元前体细胞(27]。相反,导致大量Cl⁻离子和超极化,GABA已表现出消极控制胚胎干细胞(ES)细胞的增殖和神经嵴干细胞(nc)细胞(28]。

除了GABA, ATP去偏光视网膜神经上皮的细胞通过激活P2X purinoceptor频道显示这些细胞的胞内记录(未发表的观察)。

5。缝隙连接是膜电位的稳定剂

神经上皮细胞通过缝隙连接彼此坚持,这是位于顶端细胞的过程(29日]。视网膜神经上皮的细胞间的缝隙连接耦合是通过细胞内注入荧光染料和随后的染料扩散(染料耦合)(5]。下面的缝隙连接通道阻滞剂生胃酮的应用从视网膜神经上皮的细胞在细胞内记录,证明了输入电阻是大大增加了。此外,膜电位去极化的,呈现不稳定的表现波动在记录拦截器的存在(5]。这些结果表明,间隙连接耦合稳定神经上皮细胞的静止膜电位降低输入电阻。这个神经上皮细胞的缝隙连接耦合的特征可能是维护Ca的驱动力的基础^{2 +}在门店Ca涌入^{2 +}入口和过剩的预防、持续涌入的Ca^{2 +}通过l型钙^{2 +}频道。

6。Na⁺、钙^{2 +}和K⁺质膜通道

神经上皮的细胞显示了极化上皮功能不仅包括结构还生理属性。研究鸡视网膜神经上皮和两栖动物神经管表明神经上皮的细胞nonexcitable [5,30.]。而不是压敏娜⁺渠道,amiloride-sensitive上皮Na⁺通道存在于神经管细胞(31日]。这些通道允许连续流入Na⁺室空间,和Na⁺- k⁺泵挤出Na⁺离子从细胞生成transneural管潜在(lumen-negative直流潜在)两栖动物胚胎(31日]。还观察到一个细胞外直流可能在视网膜神经上皮(未发表的观察)。Na的偏振传输⁺从心室空间可能有助于建立直流的潜力。视网膜神经上皮是一种电以来紧张的上皮细胞外电阻非常高(≥300)在中间区域的视网膜神经上皮(未发表的观察)。

电压门控钙^{2 +}渠道也存在于视网膜神经上皮的细胞。Ca^{2 +}敏感的荧光测量显示l型通道的存在(25]。l型Ca^{2 +}通道允许连续Ca^{2 +}当细胞去极化的涌入和高浓度的细胞外K⁺(25]。由于视网膜神经上皮的细胞相互连接通过缝隙连接,降低了输入电阻(5),似乎这些通道被激活,只有当大量的细胞去极化的。一个神经上皮的细胞不产生任何特殊的潜力,甚至注射后一个强大的去极化电流(5]。因此,l型钙的作用^{2 +}频道在这些细胞仍有待澄清。它可以认为如果l型Ca^{2 +}通道激活GABA-induced去极化后失去缝隙连接,Ca^{2 +}通过这些渠道涌入可能抑制细胞周期进展,发表在神经祖细胞(26,27]。它也表明,Ca的涌入^{2 +}通过l型钙^{2 +}渠道可以防止细胞凋亡神经元死亡的文化模型(32]。

汉堡王(大钾、钙^{2 +}在质膜,压敏电阻器)钾通道激活通过增加细胞内(Ca^{2 +}),这可能是由于Ca^{2 +}通过压敏电阻器Ca涌入^{2 +}在去极化通道。质膜的细胞表达BK通道显示电压凹陷的去极化电流注入。这是在新生儿视网膜神经节细胞,这还不生成tetrodotoxin-sensitive Na⁺端依赖动作电位(5]。新生儿神经节细胞失去了间隙连接耦合,因此,输入电阻增加,电压响应的细胞呈现可见的(5]。电压凹陷的去极化电流注入也观察到在视网膜神经上皮细胞的缝隙连接通道是被生胃酮(5]。这些数据表明,BK通道也存在于视网膜神经上皮细胞的质膜。似乎BK通道在等离子体膜再极化膜电位,当细胞内(Ca^{2 +}是增加了。

7所示。BK通道在核膜以及内质网

细胞内钙^{2 +}商店是由内质网和核膜33,34]。内质网腔的与内部和外部之间的空间是连续核膜(35]。Ca^{2 +}离子由Ca积极运送到这个腔^{2 +}泵。

Ca的释放^{2 +}通过高级警官从细胞内的商店₃受体通道导致整个存储电荷运动膜腔的细胞质或核浆,以低阻电互连核孔(36]。这个电荷运动应该导致一个腔的潜在负变化(37]。同时测量核膜电位和细胞内(Ca^{2 +})透露,核膜的潜力变化两相的方式一起GPCRs的激活,导致瞬态超极化和持续去极化与Ca的释放有关^{2 +}和电致抽水的Ca^{2 +}离子,分别38]。

保持Ca的驱动力^{2 +}从细胞内释放商店,反离子的运动,如K⁺,穿过商店膜是绝对必要的。没有抗衡离子运动,腔内潜在的超极化Ca的平衡电势^{2 +}和Ca的驱动力^{2 +}发布丢失(37]。肌浆网,调节(三聚物的细胞内阳离子)通道调解抗衡离子运动(39]。

从核膜膜膜片箝记录显示,该膜包含BK通道,积极改变这些BK通道被激活的细胞腔的潜力(去极化),通过增加腔内(Ca^{2 +}][15,40]。电压和钙等^{2 +}依赖可能表明,超极化引起的Ca的释放^{2 +}在减少腔的Ca^{2 +}),导致BK通道的关闭和停止^{2 +}从腔释放。这提出了一个假设的潜在机制来解释Ca的“量子”的方式^{2 +}释放,Ca^{2 +}释放终止后迅速释放存储Ca的一小部分^{2 +}(41]。

8。核膜潜力和同步化的细胞活动

自发的Ca^{2 +}同步振荡发生在视网膜神经上皮细胞,而agonist-induced (Ca^{2 +})提高异步发生(15]。同步的机制^{2 +}振动一直是一个有争议的问题(42]。高级警官的扩散₃或Ca^{2 +}通过缝隙连接通道本身不太可能同步(Ca^{2 +}上升,因为一个agonist-induced Ca^{2 +}释放不同步甚至应用程序的一个超大的浓度的受体激动剂(15,42]。相反,容性或AC(交流电),电耦合模型提出了(6]。在这个模型中,Ca的流出^{2 +}从细胞内的商店和柜台涌入的K⁺进商店在商店膜腔引起交变电压变化,电压波动引起交流电流。神经上皮细胞,外核膜密切等离子体膜相比,和细胞紧密6,15,38]。因此,它似乎是合理的,电压波动在细胞核膜潜力是同步的交流电流转移通过电容串联外核膜和质膜(6,41]。实时共焦荧光测量使用organelle-specific电压特异性染色显示,核膜电位产生自发的重复频率高(100 - 300赫兹)的潜在波动(38]。此外,振动膜电位构成峰值核爆炸产生的变化发展中神经元突触形成之前(38]。这些结果支持容性耦合模型,电压波动在核膜电位同步Ca^{2 +}释放整个人口的细胞,也作为当前噪声发生器引起同步突然飙升放电神经元在神经系统发育的早期阶段(6,38]。

9。结束语

表1总结了不同类型和功能的离子通道表达的神经上皮的细胞。而神经元使用电压变化在质膜,如动作电位和突触电位、细胞间通信,神经上皮的细胞使用存储Ca^{2 +}离子,使扩散以及同步的Ca^{2 +}振荡。这种同步是由核被膜的膜电位的电压波动,让容性(AC)细胞之间的电耦合。跨质膜的膜电位稳定通过间隙连接耦合,降低了输入电阻的神经上皮的细胞。BK-type钾离子通道也可能有助于稳定的等离子体膜电位时细胞内(Ca^{2 +}是增加了。因此,存储Ca^{2 +}离子是一个关键球员在维护神经上皮细胞的细胞活动。

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