Lidská subventrikulární zóna. Z článku Oscara Ariase-Carrióna, 2008.
V embryonálním mozku potkana se marker vázající GAD67 koncentruje v subventrikulární zóně. Obrázek z Popp et al., 2009.
Subventrikulární zóna (SVZ) je párová mozková struktura, která se nachází v bočních stěnách postranních komor. Je spojována s tím, že má čtyři odlišné vrstvy s různou tloušťkou a hustotou buněk i buněčným složením.
Nejvnitřnější vrstva (vrstva I) obsahuje jednu vrstvu (monovrstvu) ependymálních buněk vystýlajících komorovou dutinu; tyto buňky mají apikální řasinky a několik bazálních expanzí, které mohou stát buď paralelně, nebo kolmo na komorový povrch. Tato rozšíření mohou úzce interagovat s astrocytárními výběžky, které jsou propojeny s hypocelulární vrstvou (vrstva II).
Sekundární vrstva (vrstva II) tvoří hypocelulární mezeru přiléhající k první vrstvě a bylo prokázáno, že obsahuje síť funkčně příbuzných astrocytárních procesů pozitivních na gliový fibrilární protein (GFAP), které jsou spojeny s junkčními komplexy, avšak postrádají buněčné body s výjimkou vzácných neuronálních stomat. Přestože funkce této vrstvy u člověka není dosud známa, předpokládá se, že astrocytární a ependymální propojení vrstvy I a II mohou působit na regulaci neuronálních funkcí, nastolení metabolické homeostázy a/nebo kontrolu proliferace a diferenciace neuronálních kmenových buněk během vývoje. Tyto vlastnosti vrstvy mohou potenciálně působit jako zbytek raného vývoje nebo jako cesta pro buněčnou migraci vzhledem k podobnosti s homologickou vrstvou v SVZ skotu, u níž se ukázalo, že má migrující buňky společné pouze pro savce vyššího řádu.
Třetí vrstva (vrstva III) tvoří pás buněčných těl astrocytů, o nichž se předpokládá, že udržují subpopulaci astrocytů schopnou proliferace in vivo a tvorby multipotentních neurosfér se schopností sebeobnovy in vitro. Ačkoli byly v této stuze nalezeny některé oligodendrocyty a ependymální buňky, nejenže plní neznámou funkci, ale ve srovnání s populací astrocytů, které v této vrstvě sídlí, jsou vzácné. Astrocyty přítomné ve vrstvě III lze pomocí elektronové mikroskopie rozdělit do tří populací, u nichž zatím nelze rozpoznat jejich jedinečné funkce; první typ jsou malé astrocyty s dlouhými, horizontálními, tangenciálními výběžky, které se většinou nacházejí ve vrstvě II; druhý typ se nachází mezi vrstvami II a III a také uvnitř astrocytární stuhy a vyznačuje se velkou velikostí a mnoha organelami; třetí typ se obvykle nachází v postranních komorách těsně nad hipokampem a je podobně velký jako druhý typ, ale obsahuje jen málo organel.
Čtvrtá a poslední vrstva (vrstva IV) slouží jako přechodová zóna mezi vrstvou III s páskou astrocytů a mozkovým parenchymem. Je identifikována podle vysokého zastoupení myelinu v této oblasti.
V SVZ jsou popsány čtyři typy buněk:
1. Řasinkové ependymální buňky (typ E): jsou umístěny směrem k lumen mozkové komory a jejich úkolem je cirkulovat mozkomíšní mok.
2. Proliferující neuroblasty (typ A): exprimují PSA-NCAM, Tuj1 a Hu a migrují do čichového bulbu.
3. Pomalu proliferující buňky (typ B): exprimují Nestin a GFAP a slouží k obalení migrujících neuroblastů typu A.
4. Aktivně proliferující buňky nebo tranzitující amplifikující progenitory (typ C): exprimují Nestin a tvoří shluky rozmístěné mezi řetězci v celé oblasti.
Některé současné teorie navíc předpokládají, že SVZ může sloužit také jako místo proliferace mozkových nádorových kmenových buněk (BTSC), které jsou svou strukturou a schopností diferencovat se v neurony, astrocyty a oligodendrocyty podobné nervovým kmenovým buňkám. Studie potvrdily, že malá populace BTSC může nejen vytvářet nádory, ale může je také udržovat díky vrozené sebeobnově a multipotentním schopnostem. To sice neumožňuje vyvodit závěr, že BTSC vznikají z nervových kmenových buněk, ale vyvolává to zajímavou otázku, jaký vztah existuje od našich vlastních buněk k těm, které mohou způsobit tolik škod.
V současné době se jednotlivci z veřejného i soukromého sektoru zabývají mnoha různými aspekty SVZ. Tyto výzkumné zájmy sahají od úlohy SVZ v neurogenezi, přes řízenou migraci neuronů až po již zmíněnou tumorigenezi a mnoho dalších. Níže jsou shrnuty práce tří různých laboratorních skupin, které se zaměřují především na jeden aspekt SVZ; patří mezi ně úloha SVZ v náhradě buněk po poranění mozku, simulace proliferace NSC a úloha v různých nádorových onemocněních.
Úloha subventrikulární zóny savců při výměně buněk po poranění mozku
Michael J. Romankob, Radoslaw Rolac, John R. Fikec,d, Francis G. Szele, Maria L.V. Dizone, Ryan J. Fellingb, Christine Y. Brazelf, Steven W. Levisona,b,*. (2004). Progress in Neurobiology (74). 77-99.
Romankob a kol. ve snaze pozorovat různé příčinné vztahy na SVZ v důsledku potenciálně nebezpečného působení na mozek popisují mnoho experimentů, které byly provedeny za účelem zjištění těchto výsledků. Jak bylo zjištěno, bylo zjištěno, že množství buněk, které existují v SVZ, je poněkud zranitelné vůči jejich expozici činiteli, ale ovlivněné pouze do té míry, do jaké lze provádět pozorování týkající se náhrady odumřelých mozkových buněk.
Účinky ozáření na SVZ za předpokladu, že se rozpozná množství nebo dávka záření, kterou lze podat, je určena především tolerancí normálních buněk v blízkosti nádoru. Jak bylo popsáno, zvyšující se dávka záření a věk vedly k úbytku tří typů buněk SVZ, přesto byla pozorována schopnost reparace SVZ vzhledem k absenci nekrózy bílé hmoty; to svědčí o tom, že SVZ byla schopna postupně nahradit neuroglie mozku. Chemoterapeutika byla rovněž testována z hlediska jejich vlivu na SVZ, protože se v současné době používají u mnoha onemocnění, ale přesto způsobují komplikace v centrálním nervovém systému. Za tímto účelem byl použit metotrexát (MTX) samostatně a v kombinaci s ozařováním, aby se zjistilo, že zhruba 70 % celkové jaderné hustoty SVZ bylo vyčerpáno, avšak vzhledem ke ztrátě neuroblastových buněk (progenitorových buněk) bylo pozoruhodné zjištění, že NSC SVZ budou stále vytvářet neurospheres podobně jako subjekty, které takovou léčbu nedostaly. V souvislosti s přerušením krevního zásobení mozku bylo zjištěno, že mozková hypoxie/ischemie (H/I) rovněž snižuje počet buněk SVZ o 20 %, přičemž 50 % neuronů ve striatu a neokortexu bylo zničeno, ale typy buněk usmrcené SVZ byly stejně nejednotné jako oblast samotná. Při následném testování bylo zjištěno, že z každé buňky byla zlikvidována jiná část, avšak populace buněk mediální SVZ zůstala většinou naživu. To může zajišťovat určitou odolnost těchto buněk, přičemž nekompletní progenitorové buňky fungují jako proliferující populace po ischemii. Mechanické poškození mozku také vyvolává migraci a proliferaci buněk, jak bylo pozorováno u hlodavců, a může také zvyšovat jejich počet, což popírá dříve zastávanou představu, že žádné nové neuronální buňky nemohou vznikat.
Závěrem lze říci, že tato skupina dokázala zjistit, že buňky v SVZ jsou schopny produkovat nové neurony a glie po celý život za předpokladu, že nedochází k jejich poškození, protože jsou citlivé na jakékoli škodlivé účinky. SVZ se tedy může po mírném poškození sama obnovit a potenciálně poskytnout náhradní buněčnou terapii pro jiné postižené oblasti mozku.
Neuropeptid Y stimuluje proliferaci, migraci a diferenciaci nervových prekurzorů ze subventrikulární zóny u dospělých myší
Decressac, M., Prestoz, L., Veran, J., Cantereau, A., Jaber, M., & Gaillard, A. (2009).Neurobiology of Disease, 34(3), 441-449.
Ve snaze charakterizovat a analyzovat mechanismus týkající se šíření
Decressac a kol. pozorovali proliferaci neuronálních buněk v subventrikulární zóně.
neurálních prekurzorů v subventrikulární zóně myší prostřednictvím injekce neuropeptidu Y
(NPY). NPY je běžně exprimovaný protein centrálního nervového systému, který byl dříve
bylo prokázáno, že stimuluje proliferaci neuronálních buněk v čichovém epitelu a v čichových buňkách.
hipokampu. Účinky peptidu byly pozorovány pomocí značení BrdU a fenotypizace buněk, které poskytly důkaz o migraci neuroblastů přes rostrální migrační proud do čichového bulbu (což potvrdilo předchozí experimenty) a do striata. Takové údaje podporují autorovu hypotézu v tom smyslu, že neurogeneze by byla stimulována zavedením takového
peptidu.
NPY je peptid o 36 aminokyselinách, který je spojen s mnoha fyziologickými a patologickými jevy.
má mnoho receptorů, které jsou široce exprimovány ve vyvíjejícím se a zralém organismu.
mozku hlodavců. Nicméně vzhledem ke studiím in vivo provedeným touto skupinou vykazoval receptor Y1 specificky zprostředkované neuroproliferativní účinky prostřednictvím indukce NPY se zvýšenou expresí v subventrikulární zóně. Identifikace receptoru Y1 také vrhá světlo na skutečnost, že fenotyp exprimovaných buněk z těchto mitotických událostí jsou ve skutečnosti buňky typu DCX+ (neuroblasty, které migrují přímo do striata). Spolu s účinky injekce NPY na parametry striatálního dopaminu, GABA a glutamátu, které regulují neurogenezi v subventrikulární zóně (předchozí studie), je toto zjištění stále zvažováno, protože by mohlo jít o sekundární modulátor výše uvedených neurotransmiterů.
Jak je nezbytné pro každý výzkum, tato skupina prováděla své experimenty s širokým rozhledem na využití svých poznatků, které by podle nich mohly potenciálně prospět potenciálním kandidátům na endogenní opravu mozku prostřednictvím stimulace proliferace nervových kmenových buněk subventrikulární zóny. Tato přirozená molekulární regulace neurogeneze dospělých by se vedle farmakologických derivátů přidala k terapii vhodnými molekulami, jako je testovaný NPY a Y1 receptor, při zajišťování zvládnutelných forem neurodegenerativních poruch striatální oblasti.
Alfredo Quiñones-Hinojosa, Císař Chaichana
Ve snaze charakterizovat úlohu subventrikulární zóny v potenciální tumorigenezi Quinones-Hinojosa a kol. zjistili, že mozkové nádorové kmenové buňky (BTSC) jsou kmenové buňky, které lze izolovat z mozkových nádorů podobnými testy, jaké se používají pro neuronální kmenové buňky. Při tvorbě klonálních sfér podobných neurosférám neuronálních kmenových buněk byly tyto BTSC schopny diferencovat se v neurony, astrocyty a oligodendrocyty in vitro, avšak co je důležitější, byly schopny iniciovat nádory při nízkých koncentracích buněk, což zajišťovalo schopnost sebeobnovy. Proto se předpokládalo, že malá populace BTSC s takovou schopností sebeobnovy udržuje nádory u nemocí, jako je leukémie a rakovina prsu.
Několik charakteristických faktorů vede k myšlence, že původcem BTSC jsou neuronální kmenové buňky (NSC), protože mají několik společných rysů. Tyto rysy jsou znázorněny na obrázku.
Tato skupina poskytuje důkazy o zjevné úloze SVZ v tumorigenezi, což se projevuje vlastnictvím mitogenních receptorů a jejich reakcí na mitogenní stimulaci, konkrétně buněk typu C, které exprimují receptor pro epidermální růstový faktor (EGFR), díky čemuž jsou vysoce proliferativní a invazivní. Kromě toho bylo zjištěno, že existence mikroglie a endoteliálních buněk v SVZ zvyšuje neurogenezi a umožňuje určitou směrovou migraci neuroblastů ze SVZ.
Ačkoli SVZ dosud nebyla přesně charakterizována jako místo nádorového bujení, je zřetelně možné, že takový vztah existuje mezi generací NSC v této oblasti a důsledně se obnovujícími buňkami primárních nádorů, které po odstranění nebo ozáření dávají vzniknout sekundárním nádorům.
Vzhledem k poznatkům o SVZ jako oblasti neurogeneze pro neuronální kmenové buňky a její potenciální roli v náhradní buněčné terapii poškozených oblastí mozku se SVZ ukázala a bude i nadále sloužit jako důležitá oblast pro buněčnou terapii mnoha traumatických poranění mozku. Současný výzkum je prováděn s cílem nejen pochopit migrační a regulační cesty neuronálních kmenových buněk a jejich progenitorů, ale také způsoby, jak je indukovat a případně nasměrovat požadovaným směrem.
Ačkoli tento výzkum zatím neumožňuje žádné využití těchto poznatků, budoucnost může přinést možné léčebné postupy, ať už chemické nebo jiné, které pomohou těm, kdo potřebují náhradu mozkových buněk.