Glia-Progenitorzelle
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LoslegenSynonyme: Gliavorläuferzelle, glial determinierte Vorläuferzelle
Englisch: glial progenitor cell, glial-restricted precursor, GRP
Definition
Glia-Progenitorzellen sind teilungsfähige Vorläuferzellen des zentralen Nervensystems (ZNS), die auf die gliale Zelllinie festgelegt sind. Aus ihnen gehen Astrozyten und Oligodendrozyten hervor, jedoch keine Neurone. Sie entstehen, wie die neuronalen Progenitorzellen, aus multipotenten neuralen Stammzellen.[1]
Abgrenzung
Die Mikroglia gehören nicht zu ihren Abkömmlingen, da sie aus Vorläufern des Dottersacks stammen. Die Schwann-Zellen des peripheren Nervensystems gehen aus der Neuralleiste hervor.
Einteilung
Die Gliavorläufer bilden eine Hierarchie zunehmend festgelegter Zellen.[2]
Am Anfang steht die glial-restringierte Vorläuferzelle (GRP). Sie ist der früheste bekannte, ausschließlich glial festgelegte Vorläufer und tripotent: Sie bildet Oligodendrozyten und zwei verschiedene Astrozytenpopulationen.[1] Aus ihr gehen spezialisiertere Vorläufer hervor. Die Astrozyten-Vorläuferzellen (APC) sind auf die astrozytäre Linie beschränkt. Die Oligodendrozyten-Vorläuferzellen (OPC) bilden in vivo überwiegend Oligodendrozyten. Wegen ihres Oberflächenproteoglykans NG2 werden sie auch NG2-Zellen genannt.[3]
| Zelltyp | Potenzial | Abkömmlinge | typische Marker |
|---|---|---|---|
| Glial-restringierte Vorläuferzelle (GRP) | glial, tripotent | Oligodendrozyten, Astrozyten | A2B5 (E-NCAM-negativ) |
| Astrozyten-Vorläuferzelle (APC) | astrozytär | Astrozyten | SOX9, NFIA |
| Oligodendrozyten-Vorläuferzelle (OPC) | oligodendroglial | Oligodendrozyten | OLIG2, SOX10, PDGFRα, NG2 |
Über die Marker lassen sich Glia-Progenitorzellen von neuronalen Progenitorzellen unterscheiden: Glia-Progenitoren sind A2B5-positiv, neuronale Progenitoren E-NCAM-positiv.
Entwicklung
Glia-Progenitorzellen entstehen überwiegend nach der Phase der Neurogenese. Neurale Stammzellen bilden zunächst Neurone und wechseln dann zur Bildung von Gliavorläufern (gliogener Switch). Gesteuert wird dieser Wechsel unter anderem durch den Notch-Signalweg, Zytokine der CNTF/LIF-Familie und den Transkriptionsfaktor NFIA.
Oligodendrozyten-Vorläufer entstehen zunächst in ventralen Abschnitten des Neuralrohrs. Im Rückenmark liegt ihr Ursprung in der pMN-Domäne, deren Identität von Sonic Hedgehog und OLIG2 abhängt. Im Vorderhirn entstehen OPC in drei aufeinanderfolgenden Wellen aus ventralen und später dorsalen Regionen. Die Abkömmlinge der frühesten, ventralen Welle werden nach der Geburt weitgehend wieder abgebaut.[4] OPC wandern anschließend weit durch das ZNS und differenzieren über prämyelinisierende Stadien zu myelinbildenden Oligodendrozyten aus.
Vorkommen beim Erwachsenen
OPC bleiben lebenslang erhalten. Sie sind relativ gleichmäßig über die graue und die weiße Substanz von Gehirn und Rückenmark verteilt und machen etwa 5 % aller Zellen des reifen ZNS aus.[5] Sie sind die größte teilungsaktive Zellpopulation des adulten ZNS.[6] Adulte OPC ersetzen untergegangene Oligodendrozyten und bilden auch im Erwachsenenalter neues Myelin. Außerdem erhalten sie synaptische Eingänge von Neuronen.
Klinische Relevanz
Perinatale Hirnschädigung
Späte Oligodendrozyten-Vorläufer (Prä-Oligodendrozyten) sind sehr empfindlich gegenüber Ischämie, oxidativem Stress und Entzündung. Bei Frühgeborenen fällt ihr gehäuftes Auftreten zeitlich mit der Phase der höchsten Vulnerabilität der weißen Substanz zusammen. Ihr Untergang gilt als ein zentraler Mechanismus der periventrikulären Leukomalazie.[7]
Demyelinisierende Erkrankungen
Bei demyelinisierenden Erkrankungen wie der Multiplen Sklerose können OPC in die Läsionen einwandern, sich vermehren und zu myelinbildenden Oligodendrozyten ausdifferenzieren (Remyelinisierung). Mit zunehmender Krankheitsdauer versagt dieser Prozess häufig, vor allem weil die Differenzierung der OPC gestört ist. Die Förderung der OPC-Differenzierung ist daher ein Forschungsansatz für remyelinisierende Therapien.[8]
Tumorentstehung
Im Mausmodell wurde gezeigt, dass OPC als Ursprungszellen von Gliomen dienen können. Trotz genetischer Veränderungen in vorgelagerten Stammzellen expandierten erst die OPC massiv.[9] Passend dazu exprimieren viele Gliome OPC-typische Marker wie OLIG2 und PDGFRα.
Zellersatztherapie
Transplantierte humane Glia-Progenitorzellen konnten im Tiermodell einer schweren angeborenen Myelinisierungsstörung (Shiverer-Maus) das ZNS weitgehend neu myelinisieren und das Überleben der Tiere sichern.[10] Daraus ergeben sich mögliche Therapieansätze für Leukodystrophien und andere Myelinerkrankungen. Ihr klinischer Nutzen ist bislang (2026) jedoch nicht belegt.
Quellen
- ↑ 1,0 1,1 Rao MS, Noble M, Mayer-Pröschel M. A tripotential glial precursor cell is present in the developing spinal cord. Proc Natl Acad Sci U S A. 1998;95(7):3996-4001.
- ↑ Lee JC, Mayer-Proschel M, Rao MS. Gliogenesis in the central nervous system. Glia. 2000;30(2):105-21.
- ↑ Raff MC, Miller RH, Noble M. A glial progenitor cell that develops in vitro into an astrocyte or an oligodendrocyte depending on culture medium. Nature. 1983;303(5916):390-6.
- ↑ Kessaris N, Fogarty M, Iannarelli P, Grist M, Wegner M, Richardson WD. Competing waves of oligodendrocytes in the forebrain and postnatal elimination of an embryonic lineage. Nat Neurosci. 2006;9(2):173-9.
- ↑ Psachoulia K, Jamen F, Young KM, Richardson WD. Cell cycle dynamics of NG2 cells in the postnatal and ageing mouse brain. Neuron Glia Biol. 2009;5(3-4):57-67.
- ↑ Dawson MRL, Polito A, Levine JM, Reynolds R. NG2-expressing glial progenitor cells: an abundant and widespread population of cycling cells in the adult rat CNS. Mol Cell Neurosci. 2003;24(2):476-88.
- ↑ Back SA, Luo NL, Borenstein NS, Levine JM, Volpe JJ, Kinney HC. Late oligodendrocyte progenitors coincide with the developmental window of vulnerability for human perinatal white matter injury. J Neurosci. 2001;21(4):1302-12.
- ↑ Franklin RJM, ffrench-Constant C. Remyelination in the CNS: from biology to therapy. Nat Rev Neurosci. 2008;9(11):839-55.
- ↑ Liu C, Sage JC, Miller MR, et al. Mosaic analysis with double markers reveals tumor cell of origin in glioma. Cell. 2011;146(2):209-21.
- ↑ Windrem MS, Schanz SJ, Guo M, et al. Neonatal chimerization with human glial progenitor cells can both remyelinate and rescue the otherwise lethally hypomyelinated shiverer mouse. Cell Stem Cell. 2008;2(6):553-65.