Nervsystemets histologi
Pertti Panula 2013
Institutionen för biomedicin
Helsingfors universitet
Föreläsningens innehåll
•
•
•
•
Nervcellens struktur
Det perifera nervsystemet, myelin
Nervsystemets celler och deras uppgifter
Ryggmärgens, hjärnbarkens, lilla hjärnans
och gangliernas struktur och celler
• Synapsens struktur
• Blod-hjärn-barriären
1.11 Flexure in long axis of nervous system arose as humans evolved upright
posture. (1)
1.11 Flexure in long axis of nervous system arose as humans evolved upright
posture. (2)
Hydras nervceller
•
•
•
•
Ingen CNS
Nätverk av neuroner
Två lager av nervnät
Signalering åt två håll
Färgningsmetoder för nervvävnad
• Ofärgad vävnad omöjlig att analysera
• Grundtekniker: kresyliviolett, hematoxylineosin
• Silverfärgning
• Entsymhistokemiska metoder
(acetylkolinesteras, sytokromoksidas)
• Immunohistokemi
• Axonal transport av färger
• Transgenitekniker
Immunofluoresens för tyrosinhydroksylas
visar dopaminbanorna
Noradrenalincellernas innervering med histaminfibrer
Metakromatisk färgning
• Vävnaden färgas med färg som skiljer från
lösningens färg
• Baserar på pH-värdet, koncentrationen av
alakaliska färglösningen och temperatur
• Tex mastceller i nervvävnad blir
violettröda, medan nervceller blir
(ortokromatisk färgning)
Histamininnehållande nervfibrer i PD
patientens hjärna
Nissl färgning
Franz Nissl
Santiago Ramon y Cajal och
cortex (hjärnbarken)
Neuronens struktur
• Dendriten bär
inkommande
information
• Axonen för
informationen vidare
• Funktionella roller kan
avvika från regeln
Axonens struktur
• Axonen kan ha
myeliniskida både i
hjärnan och i periferi
• Olika celler
(oligodendrocyter i
CNS och Schwann
celler i periferi) bildar
myelin
Perifera nervsystemet
• epineurium
• perineurium
• endoneurium
Nervens struktur
Ryggmärgen
Poliomyelitis
• Neurodegeneration
• Inflammatoriska
celler
Neuronen under
mikroskop
• Klara gränser
• Stor, klar kärna
• Klar nukleolus
(nucleolus)
• Starkt färgade korn i
cellen (Nisslin aine)
En typisk neuron
•
•
•
•
•
•
Klara gränser, flera utskott
En klar kärna, en nucleolus
Rikligt med grovt endoplamatisk
retikel, Golgi komplex
Rikligt med ikrotubuli och
filamenter
-neurotubuli (tubulin)
-intermediärfilament
(neurofilament)
- mikrofilament (aktin)
Sekretoriska och synaptiska
vesikler
Synapser
Alzheimers sjukdom
Alzheimers
sjukdom
Nervtrådnystan
Neuritiska plakker
Bildningen av nervtrådnystan
Nervtrådnystan i neuronen
-Hyperfosforylerad
TAU protein
-Intracellulära
Förändringar i Alzheimers sjukdom
Parkinsons sjukdom
Neuromelanin
•
•
•
•
•
”produkt” av dopamin
Exakt roll oklar
Möjligen viktig
Bildas efter födelsen
Granulär
Sympatiska ganglier
• Ganglieceller, SIF-celler
• satellitceller
Celler i sensoriska ganglier
Synapsens struktur blir känd
G. Palade
Nobel 1974
Sanford L. Palay
Elektrisk synaps
•
•
•
•
•
•
Kort avstånd mellan cellerna
Aukkoliitokset (Gap junctions) -connexin
Stor öppning (1.5 nm)
Non-selektiv penetrans mw 1000
Stor hastighet – delar av ms
Fiskens tail-flip response; från sensoriska
celler till Mauthner celler och vidare till
motoneuroner
Dendriter med dendritutskott
Dendritutskott
Synapsens morfologi
•
•
•
Presynaptisk och postsynaptisk
förtärkning
Synaptisk klyfta
Aktiva zoner
Synapsen
• postsynaptisk
förstärkning
• Vesikler bundna i
nätverk
• Gliautskott omgiver
synapsen helt och
hållet
Synaptiska vesikelproteiner
Synapsens struktur
Vesikeln fäster sig på den
presynaptiska membranen
Vesikelns fusions mekanism
Vesikelns återanvändning
Axonal transport i neuroner
•
•
•
•
Kinesinberoende centrifugal
transport (anterogradisk)
Kinesintranpsort används för snabb
vesikeltransport, som kräver energi
men inte cellens soma eller ny
proteinsyntes
Långsam anterogradisk transport
för proteiner 0.2-0.25 mm/dygn
har en annan mekanism
Nopea dyneiinivälitteinen kuljetus
myös sentripetaalisesti somaosaan
päin (endosomer,
tillväxtfaktorreceptorer,
viruspartiklar)
Neuronspecifika proteiner
•
•
•
•
•
•
•
Neurofilament
Tau (axonal microtubule protein)
Synaptophysin (vesicle protein)
NeuN (nuclear antigen)
Beta-tubulin III
NSE
MAP2c
Lilla hjärnans bark
• Fem typer av neuroner
• Tre lager
Lilla hjärnans
lager
Lilla hjärnans histologisk struktur
Lilla hjärnan
• Purkinjeceller bilda
efferenta förbindelser
från lilla hjärnans bark
• Afferenta banor från
hjärnbarken reglerar
Purkinjeceller, som
skickar axoner till de
djupa kärnorna
Lilla hjärnans bark: celltyper
Hjärnbarkens (cortex cerebri)
struktur
• Isoaivokuoren rakenne
on erilainen eri
cortexin alueilla,
vaikka kerrosten
lukumäärä on sama
neocortexissa
Hjärnbarkens histologi
Lager i
cortexin
•
•
•
•
L1 cellfattig
L2 små p-celler
L4 gr celler
L6 p-c och
polymorfiska
celler
Pyramidceller
• Projektionsneuron från
hjärnbarken
• exitatorisk
• transmitter glutamat
• Stor träd av dendrite i flera
lager
Hjärnbarkens (cortex cerebri) struktur
• Sex lager
• Motoneuroner: lamina V
pyramidceller (Betzi
celler)
• Isoaivokuoren neuronit
ovat joko suuria
pyramidisoluja tai pieniä
interneuroneita
Hjärnbarkens struktur
• Celler i olika lager har
karakteristiska
förbindelser
• Lamina V:s stora Betz
celler är övre
motoneuroner
Hjärnbarkens struktur
• Massiva
talamokortikala
förbindelser
• Topografisk hierarki
Patologiska cellförändringar leder till
förändringar i vävnadens struktur
Astrocyter och oligodendrocyter
Functions of glial cells
•
•
•
•
•
•
•
Production of myelin (axonal conduction)
Guidance of neuronal migration
CNS repair and regeneration
Outgrowth of peripheral nerves
Participation in neurotransmission
Blood brain barrier
Immune system interactions?
Neuroner, gliaceller och blodkärl
Nervsystemets celler
•
•
•
•
•
•
•
Neuron
Astrocyt
Oligodendrocyt
Schwann cell
Mikrogliacell
Ependymcell
Plexys choroideus cell
Protoplasmisk astrocyt
• stödceller
• upprätthåller K+ nivån
• upptagning av
neurotransmittorer
• isolerar neuroner
• deltar i blodhjärnbarriärens
funktion
• utsöndrar
tillväxtfaktorer
Protoplasmisk astrocyt
Fibrotisk astrocyt
• Vanlig i vita
ämnet
• Funktion samma
som
protoplasmisk
astrocyt har
Fibrotisk astrocyt
Oligodendrocyt
• Omgiver neuronernas
utskott i hjärnan
• producerar myelin
Oligodendrocyt
Gliaceller i nervus opticus
Myeliinin muodostuminen perifeerisessa
hermostossa
Oligodendrocyternas utveckling
Myelinskikt omgiver axonen
• Myelinskiktens
tjocklek varierar
• Axonen, inte
oligodendrocyten,
avgör myelinskiktens
tjocklek
Omyeliniserad nerv
• Schwann cellen
omgiver axoner i
periferin
Myelin
• I princip likadann i hjärnan och periferin: i
periferin mera sfingomyelin och glykoproteiner
(MBP, P0), i hjärnan proteolipidprotein (PLP)
• Membranstrukturen och ränderna har vissa
skillnader i hjärnan och periferin
• Demyelinicerande sjukdomar:
immunsystememets sjukdomar (MS), ärftliga,
metaboliska och virussjukdomar
Myelinskiktens struktur i hjärnan
och periferin
Myelindestruktion som följd av
genmutation i PMP-22 genen
Mikrogliacell
•
•
•
•
Mesenkymal ursprung
makrofag
utsöndrar cytokiner
Aktiveras i HIVinfektion, där de
producerar
neurotoxiska cytokiner
Mikrogliacell
Blod-hjärnbarriären
• Arachnoidea släpper inte liqur fritt i bloded
• plexus chorodeus är selektivt permeabel: on
selektiivisesti läpäisevä: blod-liquor barriär
• Blodkärlendotelcellerna tillåter inte fri
diffusion (täta fogar) och öppningar finns
inte, reglerad pinocytos sker
Kapillärnas struktur
• Täta fogar mellan
endotelcellerna och en
klar basallamina i
hjärnan
• Fenestrerade kapillärer
i plexus chorioideus
Liquor
• Lateralventriklerna, 3. ja 4. ventrikel
innehåller kärlnät (plexus choroideus) och
producerar 90% av liquor
• Från arachnoidea villussystem släpps liquor
till sinussystemet
Kärlnäts cell (plexus choroideus)
• utsöndrar liquor
Kärlnät (plexus choroideus)
Kärlnät
Ependymaceller
• isolerar i ventrikelns
vägg liquor från
hjärnvävnad
• transportfunktion
• sekretion
• Prolifererande celler
(stamceller?)
Zebrafish (9 dpf, 210 hpf), catecholaminergic and
serotonergic system
TH/5-HT
”Brainbow”-strategi
Lichtman et al. 2008 Nat Rev
Neurosci
Hjärnan nätverk blir analyserad
Lichtman et al. NatRev Neurosci
2008
Histologins betydelse
• Fortfarande viktig: används i över 50% av
artiklar
• Metoderna har utvecklats: tre-dimensionell
mikroskopi, analys av lävande celler och
hjärna
• Viktig i krävande diagnostik
