Ганглиозная клетка сетчатки - Retinal ganglion cell

Ганглиозные клетки сетчатки
Gray882.png
Диаграмма, показывающая поперечное сечение слоев сетчатки. Область, обозначенная как «Ганглиозный слой», содержит ганглиозные клетки сетчатки.
Идентификаторы
MeSH D012165
НейроЛекс ID nifext_17
Анатомические термины нейроанатомии

Сетчатки ганглиозных клеток ( RGC ) представляет собой тип нейрона , расположенного вблизи внутренней поверхности ( ганглиозных клеток слоя ) из сетчатки в глаза . Он получает визуальную информацию от фоторецепторов через два промежуточных типа нейронов: биполярные клетки и амакриновые клетки сетчатки . Амакриновые клетки сетчатки, особенно узкополевые клетки, важны для создания функциональных субъединиц в слое ганглиозных клеток и обеспечения того, чтобы ганглиозные клетки могли наблюдать маленькую точку, перемещающуюся на небольшое расстояние. Ганглиозные клетки сетчатки вместе передают формирующую изображение и не формирующую изображение визуальную информацию от сетчатки в форме потенциала действия в несколько областей таламуса , гипоталамуса и среднего мозга или среднего мозга .

Ганглиозные клетки сетчатки значительно различаются по размеру, связям и реакции на зрительную стимуляцию, но все они обладают определяющим свойством наличия длинного аксона, который простирается в мозг. Эти аксоны образуют зрительный нерв , перекрест зрительных нервов и зрительный тракт .

Небольшой процент ганглиозных клеток сетчатки практически не влияет на зрение, но сами они светочувствительны; их аксоны образуют ретиногипоталамический тракт и вносят свой вклад в циркадные ритмы и световой рефлекс зрачка , изменение размера зрачка.

Функция

В сетчатке человека имеется от 0,7 до 1,5 миллиона ганглиозных клеток сетчатки. Имея около 4,6 миллиона колбочек и 92 миллиона палочек , или 96,6 миллионов фоторецепторов на сетчатку, в среднем каждая ганглиозная клетка сетчатки получает входные данные примерно от 100 палочек и колбочек. Однако эти цифры сильно различаются у разных людей и в зависимости от расположения сетчатки. В ямке (центре сетчатки) одна ганглиозная клетка взаимодействует всего с пятью фоторецепторами. На крайней периферии (край сетчатки) одна ганглиозная клетка будет получать информацию от многих тысяч фоторецепторов.

Ганглиозные клетки сетчатки спонтанно запускают потенциалы действия с базовой скоростью в состоянии покоя. Возбуждение ганглиозных клеток сетчатки приводит к увеличению скорости возбуждения, в то время как ингибирование приводит к снижению скорости возбуждения.

Изображение плоской сетчатки крысы в ​​искусственных цветах, просматриваемое с помощью флуоресцентного микроскопа при 50-кратном увеличении. В зрительный нерв вводили флуорофор, вызывая флуоресценцию ганглиозных клеток сетчатки.

Типы

Типы ганглиозных клеток сильно различаются у разных видов. У приматов, включая человека, обычно существует три класса RGC:

  • W-ганглии: маленькие, 40% от общего количества, широкие поля в сетчатке, возбуждение палочками. Обнаружение направления движения в любом месте поля.
  • Х-ганглий: средний диаметр, 55% от общего размера, небольшое поле, цветное зрение. Устойчивый ответ.
  • Y-ганглий: самый большой, 5%, очень широкое дендритное поле, реагирует на быстрое движение глаз или быстрое изменение интенсивности света. Кратковременный ответ.

Исходя из их проекций и функций, существует по крайней мере пять основных классов ганглиозных клеток сетчатки:

P-тип

Р-типа ганглиозных клеток сетчатки проецировать на parvocellular слоев в боковом коленчатом ядре . Эти клетки известны как сверхмалые ганглиозные клетки сетчатки из-за небольших размеров их дендритных деревьев и клеточных тел. Около 80% всех ганглиозных клеток сетчатки являются сверхмалыми клетками парвоцеллюлярного пути . Они получают входные данные от относительно небольшого числа стержней и колбочек. У них медленная скорость проводимости , они реагируют на изменения цвета, но слабо реагируют на изменения контраста, если только это изменение не велико. У них есть простые рецептивные поля между центром и окружением , где центр может быть включен или выключен, а окружение - наоборот.

M-тип

Ганглиозные клетки сетчатки М-типа проецируются в межклеточные слои латерального коленчатого ядра. Эти клетки известны как зонтик ганглиозных клеток сетчатки, основанный на крупных размерах их дендритные деревьев и клеточных тел. Около 10% всех ганглиозных клеток сетчатки являются паразольными клетками, и эти клетки являются частью магноцеллюлярного пути. Они получают входные данные от относительно большого количества стержней и колбочек. Они обладают высокой скоростью проведения и могут реагировать на слабоконтрастные раздражители, но не очень чувствительны к изменениям цвета. У них гораздо большие рецептивные поля, которые, тем не менее, также находятся в центре окружения.

K-тип

Ганглиозные клетки сетчатки BiK-типа проецируются в кониоцеллюлярные слои латерального коленчатого ядра. Ганглиозные клетки сетчатки К-типа были идентифицированы сравнительно недавно. Koniocellular означает «клетки размером с пыль»; из-за их небольшого размера их было трудно найти. Около 10% всех ганглиозных клеток сетчатки являются бистратифицированными клетками, и эти клетки проходят кониоцеллюлярный путь. Они получают входы от промежуточных номеров стержней и конусов. Они могут участвовать в цветовом зрении. У них очень большие рецептивные поля , у которых есть только центры (без окружения), и они всегда включены для синего конуса и выключены как для красного, так и для зеленого конуса.

Фоточувствительные ганглиозные клетки

Фоточувствительные ганглиозные клетки , включая, помимо прочего, гигантские ганглиозные клетки сетчатки, содержат собственный фотопигмент , меланопсин , который заставляет их напрямую реагировать на свет даже в отсутствие палочек и колбочек. Они проецируются, среди прочего, на супрахиазматическое ядро (SCN) через ретиногипоталамический тракт для установки и поддержания циркадных ритмов . Другие ганглиозные клетки сетчатки, выступающие в латеральное коленчатое ядро (LGN), включают клетки, соединяющиеся с ядром Эдингера-Вестфаля (EW), для контроля зрачкового светового рефлекса , и гигантские ганглиозные клетки сетчатки .

Физиология

Большинство зрелых ганглиозных клеток способны активировать потенциалы действия с высокой частотой из-за экспрессии калиевых каналов K v 3 .

Патология

Дегенерация аксонов ганглиозных клеток сетчатки ( зрительного нерва ) является признаком глаукомы .

Биология развития

Рост сетчатки: начало

Ганглиозные клетки сетчатки (RGC) рождаются между 11-м днем ​​эмбриона и нулевым постнатальным днем ​​у мышей и между 5-й и 18-й неделями внутриутробного развития человека. У млекопитающих RGC обычно добавляются в начале в дорсальной центральной части глазного бокала или зачатка глаза. Затем рост RC волнообразно распространяется вентрально и периферически оттуда. Этот процесс зависит от множества факторов, от сигнальных факторов, таких как FGF3 и FGF8, до надлежащего ингибирования сигнального пути Notch. Наиболее важно то, что домен bHLH (основная спираль-петля-спираль), содержащий фактор транскрипции Atoh7 и его нижестоящие эффекторы, такие как Brn3b и Isl-1, работают, чтобы способствовать выживанию и дифференцировке RGC . «Волна дифференцировки», которая управляет развитием RGC через сетчатку, также регулируется, в частности, факторами bHLH Neurog2 и Ascl1 и передачей сигналов FGF / Shh, происходящей с периферии.

Рост внутри слоя ганглиозных клеток сетчатки (оптического волокна)

Ранние предшественники RGCs обычно расширяют отростки, соединяющиеся с внутренней и внешней ограничивающими мембранами сетчатки, причем внешний слой прилегает к пигментному эпителию сетчатки, а внутренний - к будущему стекловидному телу. Клеток сомы будет тянуть к пигментным эпителием, претерпевают деление клеток и терминальной дифференцировки, а затем мигрируют назад к внутренней ограничивающей мембраны в процессе , называемом сомный транслокации . Кинетика сомальной транслокации RGC и лежащие в основе механизмы лучше всего поняты у рыбок данио . Затем RGC будет расширять аксон в слое ганглиозных клеток сетчатки, который направляется контактом с ламинином . Втягивание апикального отростка RGC скорее всего обеспечивается передачей сигналов Slit-Robo .

RGCs будут расти вдоль конечностей глиальных конечностей, расположенных на внутренней поверхности (сторона, ближайшая к будущему стекловидному телу). Молекула адгезии нервных клеток (N-CAM) будет опосредовать это прикрепление через гомофильные взаимодействия между молекулами подобных изоформ (A или B). Передача сигналов через щель также играет роль, предотвращая рост RGC в слои за пределами слоя оптического волокна.

Аксоны от RGC будут расти и распространяться по направлению к диску зрительного нерва , где они выходят из глаза. После дифференцировки они ограничены тормозной периферической областью и центральной привлекательной областью, что способствует продвижению аксона к диску зрительного нерва. CSPGs существуют вдоль нейроэпителия сетчатки (поверхность, над которой лежат RGCs) в периферическом высоком-центральном низком градиенте. Slit также экспрессируется по аналогичной схеме, секретируемой клетками хрусталика. Молекулы адгезии, такие как N-CAM и L1, будут способствовать центральному росту, а также помогут правильно связать (связать) аксоны RGC вместе. Shh экспрессируется в высоком центральном и низком периферическом градиенте, способствуя продвижению центральных проекционных аксонов RGC через Patched-1, основной рецептор Shh, опосредованный передачей сигналов.

Прорастание в зрительный нерв и через него

RGC выходят из слоя ганглиозных клеток сетчатки через диск зрительного нерва, что требует поворота на 45 °. Это требует сложных взаимодействий с глиальными клетками диска зрительного нерва, которые будут экспрессировать локальные градиенты нетрина-1, морфогена, который будет взаимодействовать с рецептором, удаленным в колоректальном раке (DCC) на конусах роста аксона RGC. Этот морфоген первоначально привлекает аксоны RGC, но затем, через внутреннее изменение конуса роста RGC, нетрин-1 становится отталкивающим, отталкивая аксон от диска зрительного нерва. Это опосредуется с помощью цАМФ-зависимого механизма. Кроме того, могут быть задействованы CSPGs и передача сигналов Eph-ephrin.

RGC будут расти вдоль конечностей глиальных клеток в зрительном нерве. Эти глии будут секретировать отталкивающий семафорин 5a и Slit по окружности, покрывая зрительный нерв, что гарантирует их сохранение в зрительном нерве. Vax1, фактор транскрипции, экспрессируется вентральным диэнцефалоном и глиальными клетками в области, где формируется хиазм, и он также может секретироваться для контроля образования хиазмы.

Рост перекреста зрительных нервов

Когда RGC приближаются к перекресту зрительных нервов, точке, в которой встречаются два зрительных нерва, в вентральном диэнцефалоне около 10-11 дней эмбрионального развития мыши, они должны принять решение перейти к контралатеральному зрительному тракту или остаться в ипсилатеральном оптическом тракте. тракт. У мышей около 5% RGCs, в основном те, которые происходят из вентрально-височной серповидной (VTc) области сетчатки, останутся ипсилатеральными, в то время как остальные 95% RGCs будут пересекаться. Это в значительной степени контролируется степенью бинокулярного перекрытия двух полей зрения обоих глаз. У мышей нет значительного перекрытия, тогда как у людей, которые имеют, примерно 50% RGCs пересекаются, а 50% останутся ипсилатеральными.

Создание отталкивающего контура хиазма

Как только RGCs достигают хиазмы, поддерживающие их глиальные клетки изменяют морфологию с внутрипучковой на радиальную. Группа диэнцефальных клеток, которые экспрессируют эмбриональный антиген, специфичный к стадии антигена клеточной поверхности (SSEA) -1 и CD44, будет образовывать перевернутую V-образную форму. Они установят задний аспект границы перекреста зрительных нервов. Кроме того, здесь важна передача сигналов Slit: протеогликаны гепарина сульфата, белки в ECM, будут закреплять морфоген Slit в определенных точках на задней границе хиазмы. В этот момент RGC начинают экспрессировать Robo, рецептор Slit, тем самым облегчая отталкивание.

Контралатеральное проектирование RGC

Аксоны RGC, перемещающиеся в контралатеральный зрительный тракт, должны пересекаться. Shh, экспрессируемый по средней линии вентрального диэнцефалона, обеспечивает отталкивающий сигнал для предотвращения эктопического пересечения RGCs через срединную линию. Однако в этом градиенте образуется дыра, позволяющая пересекать RGC.

Молекулы, опосредующие притяжение, включают NrCAM, который экспрессируется растущими RGC и средней линией глии и действует вместе с Sema6D через рецептор плексина-A1. VEGF-A высвобождается из средней линии и направляет RGC на контралатеральный путь, опосредованный рецептором нейропилина-1 (NRP1). цАМФ, по-видимому, очень важен в регуляции продукции белка NRP1, регулируя, таким образом, ответ конусов роста на градиент VEGF-A в хиазме.

Одностороннее проектирование RGC

Единственный компонент у мышей, выступающий ипсилатерально, - это RGCs от вентрально-височного серпа в сетчатке, и только потому, что они экспрессируют фактор транскрипции Zic2. Zic2 будет способствовать экспрессии рецептора тирозинкиназы EphB1, который посредством прямой передачи сигналов (см. Обзор Xu et al.) Будет связываться с лигандом эфрин B2, экспрессируемым срединной глией, и отталкиваться от хиазмы. Некоторые VTc RGCs будут проецироваться контралатерально, потому что они экспрессируют фактор транскрипции Islet-2, который является негативным регулятором продукции Zic2.

Shh играет ключевую роль в сохранении ипсилатеральных аксонов RGC. Shh экспрессируется контралатерально выступающими RGCs и срединными глиальными клетками. Boc, или брат CDO (связанный с CAM / подавляемый онкогенами), корецептор для Shh, который влияет на передачу сигналов Shh через Ptch1, по-видимому, опосредует это отталкивание, так как это происходит только на конусах роста, исходящих от ипсилатерально проецирующихся RGC.

Другие факторы, влияющие на рост ипсилатеральных RGC, включают семейство Teneurin, которые представляют собой белки трансмембранной адгезии, которые используют гомофильные взаимодействия для контроля направления, и Nogo, который экспрессируется средней линией радиальной глии. Рецептор Nogo экспрессируется только VTc RGC.

Наконец, другие факторы транскрипции, по-видимому, играют важную роль в изменении. Например, Foxg1, также называемый Brain-Factor 1, и Foxd1, также называемый Brain Factor 2, являются факторами транскрипции с крылатой спиралью, которые экспрессируются в носовых и височных зрительных чашках, и зрительные пузырьки начинают выходить из нервной трубки. Эти факторы также экспрессируются в вентральном промежуточном мозге, причем Foxd1 экспрессируется вблизи хиазмы, тогда как Foxg1 экспрессируется более рострально. Они, по-видимому, играют роль в определении ипсилатеральной проекции, изменяя экспрессию Zic2 и продукцию рецепторов EphB1.

Рост зрительного тракта

Выйдя из зрительного перекреста, RGC будут распространяться дорсокаудально вдоль вентральной диэнцефальной поверхности, образуя зрительный тракт, который будет вести их к верхнему бугорку и латеральному коленчатому ядру у млекопитающих или к тектуму у низших позвоночных. Sema3d, по-видимому, способствует росту, по крайней мере, в проксимальном отделе зрительного тракта, и перестройка цитоскелета на уровне конуса роста, по-видимому, является значительной.

Миелинизация

У большинства млекопитающих аксоны ганглиозных клеток сетчатки не миелинизированы там, где они проходят через сетчатку. Однако части аксонов, выходящие за пределы сетчатки, миелинизированы. Этот паттерн миелинизации функционально объясняется относительно высокой непрозрачностью миелина - миелинизированные аксоны, проходящие через сетчатку, будут поглощать часть света, прежде чем он достигнет слоя фоторецепторов, что снижает качество зрения. Есть болезни глаз человека, при которых это действительно случается. У некоторых позвоночных, таких как курица, аксоны ганглиозных клеток миелинизированы внутри сетчатки.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки