Zellbiologie von Astrozyten-Zellen: Protokolle, Transfektion

Astrozyten oder Astroglia sind sternförmige Gliazellen, die sich im Gehirn und Rückenmark befinden. Sie sind die zahlreichsten Zellen im menschlichen Gehirn und erfüllen viele Aufgaben. Zu den Aufgaben der Astrozyten gehören die Unterstützung der Zellen, die die Blut-Hirn-Schranke bilden, sowie die Aufrechterhaltung des extrazellulären Ionengleichgewichts, die Versorgung des Nervengewebes mit Nährstoffen und die Unterstützung bei posttraumatischen Reparatur- und Narbenprozessen. Darüber hinaus erfüllen Astrozyten ähnliche Signalaufgaben wie Neuronen, indem sie Kalziumionen und Transmittermoleküle nutzen.

Astrozytenmorphologie

Astrozyten können aufgrund ihrer Zellmorphologie und anatomischen Lage in drei Kategorien eingeteilt werden: protoplasmatisch, faserig oder radial. Protoplasmatische Astrozyten weisen eine fein verzweigte Morphologie auf, die sich in einer einheitlichen globoiden Verteilung ausdrückt, und sind in der gesamten grauen Substanz zu finden. Fibröse Astrozyten weisen eine lange faserartige Morphologie auf und sind in der gesamten weißen Substanz zu finden. Studien zeigen, dass sowohl protoplasmatische als auch faserige Astrozyten ausgedehnte Kontakte mit Blutgefäßen haben und Gap Junctions zwischen distalen Fortsätzen benachbarter Astrozyten bilden. Radiale Astrozyten existieren an der Schnittstelle zwischen der grauen Substanz und der Pia Mater, der innersten Schicht der Membranen, die das Gehirn und das Rückenmark umgeben. Radiale Astrozyten finden sich auch im Auge von Wirbeltieren (bilden die Müller-Zellen der Netzhaut) und als Bergmann-Glia (Epithelzellen im Kleinhirn). Diese Zellen sind bipolar, mit verlängerten Fortsätzen und eiförmigem Körper. Radiale Gliazellen sind die ersten Zellen, die sich aus den neuronalen Vorläufern entwickeln und bilden die wichtigsten Gerüststrukturen, die bei der neuronalen Migration helfen. In der Retina wandeln sich radiale Astrogliazellen in Müllerzellen um und machen 23% des gesamten Zellvolumens der Retina aus.

Primäre Astrozyten

Viele primäre Astrozyten exprimieren GFAP, das Intermediärfilament glial fibrillary acidic protein, ein charakteristisches Merkmal.

Rolle der Astrozyten im zentralen Nervensystem

Astrozyten, oder astrozytäre Gliazellen, bilden zusammen Astroglia, das sind sternförmige Zellen, die Neuronen im Gehirn und Rückenmark umgeben. Astrozyten übertreffen die Neuronen im Verhältnis 50:1 und sind im zentralen Nervensystem sehr aktiv, im Gegensatz zur früheren Vorstellung, dass Astrozyten „Füllzellen“ sind. Nicht-neuronale Zellen im Nervensystem sind Gliazellen, wobei Astrozyten einen Subtyp dieser Kategorie darstellen. Sie dienen der Erhaltung, Unterstützung und Reparatur des Nervengewebes, dem sie dienen, und sind für die Plastizität des Nervensystems verantwortlich. Astrozyten modulieren auch die synaptische Übertragung, indem sie Glutamat, den wichtigsten exzitatorischen Neurotransmitter, herstellen und freisetzen, und ihre vielen Prozesse umhüllen oft neuronale Synapsen. Forschungen deuten darauf hin, dass Astrozyten mit Neuronen durch die Freisetzung von Transmittern, so genannten Gliotransmittern, über einen Kalziumionen-abhängigen Mechanismus kommunizieren.

Astrozyten spielen durch eine Vielzahl von neuronalen Funktionen auf Zellebene eine bedeutende Rolle bei der Verschaltung und Verarbeitung im Gehirn. Sie kontrollieren die neuronalen Schaltkreise, indem sie die Bildung, Reifung, Eliminierung und Aufrechterhaltung von Synapsen regulieren. Die synaptische Signalübertragung beruht auf Molekülen, die von Astrozyten sezerniert werden, typischerweise Cholesterin und Thrombin. Astrozyten sind auch für die Ionenhomöostase, die Clearance von Neurotransmittern und die Regulierung des extrazellulären Raumvolumens verantwortlich.

Astrozyten reagieren auf Verletzungen oder Erkrankungen des Zentralnervensystems (ZNS) mit dem Prozess der reaktiven Astrogliose. Diese Pathologie ist zu einem Charakteristikum von strukturellen Läsionen des Nervensystems geworden und ist ein wichtiger Bereich der aktuellen Forschung. Astrozyten wurden als beteiligt an den Pathologien der Huntington-Krankheit, Alzheimer-Krankheit, Gehirnerschütterungen, Schlaganfall und ZNS-Infektionen identifiziert. Aktuelle Forschungen deuten darauf hin, dass die reaktive Astrogliose eine wichtige Rolle bei vielen ZNS-Erkrankungen spielt.

Es gibt viele Funktionen von Gliazellen, einschließlich des Aufbaus der Mikroarchitektur des Gehirnparenchyms, der Schaffung der Gehirnumgebung, der Aufrechterhaltung der Homöostase des Gehirns, der Speicherung von Energie, der Kontrolle der Entwicklung der Synaptogenese, der synaptischen Aufrechterhaltung, der neuronalen Zellen und der Gehirnabwehr.

Tiermodelle (insbesondere Nagetiere) haben eine bedeutende Rolle bei der Bestimmung der Eigenschaften und Funktionen von Astrozyten gespielt. Die Forschung hat jedoch zu der Hypothese geführt, dass eine Veränderung der Eigenschaften von Astrozyten ihren Beitrag zu neuronalen Funktionen verändert. Gründe für diese Hypothese sind u.a. der Nachweis, dass das Verhältnis von Astrozyten zu Neuronen mit der Evolutionsstufe einer bestimmten Spezies zunimmt und dass sich Struktur, Morphologie und Diversität der menschlichen Astrozyten signifikant von denen der Nager unterscheiden. Der begrenzte Zugang zu gesundem menschlichen Gewebe stellt ein Hindernis dar, um mehr Informationen über menschliche Astrozyten zu erhalten. Postmortale und fötale Proben haben jedoch zur Untersuchung der astrozytären Eigenschaften im menschlichen Gehirn beigetragen.

Links

Astrozyten (Wikipedia)

siRNA Delivery – In Vivo Transfection Kits

Xenograft Pre-clinical Research Services: Über 50 validierte Xenograft-Modelle: Link

Generierung von stabil exprimierenden Zelllinien in 28 Tagen

RNAi Stable Cell Line Generation

In Vivo siRNA Delivery: Tissue-targeted siRNA

Einkapselung von Protein-, RNA-, mRNA- und DNA-Molekülen in Liposomen

Astrozyten-Forschungsartikel und Referenzen

• Charakterisierung von Astrozytenzellen als Reaktion auf Stimuli: In dieser Studie wurde ein Protokoll entwickelt, um Ratten-Astrozyten in Kultur zu präparieren und dann ihre Reaktion auf chemische Stimuli zu messen. Zu den getesteten Stimuli gehörten Wasserstoffperoxid-Exposition, Resveratrol (und seine Fähigkeit, vor Oxidation zu schützen) und Endotoxin-Exposition. PlosOne Journal
• NetzwerkGlia
• Nutzung von Astrozyten als Substrat für andere Nervenzellen: Forscher fanden heraus, dass das Überleben von ZNS-Zellen verbessert wird, wenn sie auf einer konfluenten Schicht von Astrozyten kultiviert werden. Sie haben ein Protokoll entwickelt, das Astrozyten vom Typ I in einer konfluenten Schicht selektiert, und haben erfolgreich Dorsalwurzelganglion/Dorsalhorn-Kokulturen auf ihnen plattiert. CSHP-Protokolle