Сетчатка глаза Лекция 9 2012 г.
• Развитие сетчатки • Молекулярные механизмы дифференцировки разных типов клеток • Типы нейронов в сетчатке (фоторецепторы, биполяры, горизонтальные клетки, амакрины, ганглиозные клетки) • Синаптические контакты и прецизионные связи • Глиальные клетки глаз • Навигация аксонов ганглиозных клеток
Все органы чувств занимаются тем, что превращают события внешнего мира в сигналы, которые воспринимает мозг Каждый сенсорный орган эволюционно адаптирован к восприятию определенного сигнала от окружающего нас мира.
Схема глаза млекопитающих -радужка роговица хрусталик Стекловидное тело -сетчатка -сосудистый слой
Развитие глаза
гиалоидная артерия 9, 5 сут Пигментные клетки Г. а 15 сут 10, 5 сут 13 сут
Формирование нейральной части сетчатки и пигментного эпителия из нейроэпителия глазного пузыря
Гены регулирующие развитие сетчатки
У всех видов ретинальные прогениторы мультипотентны и дают клоны клеток. У грызунов клоны могут состоять из 234 клеток. Прогениторы были мечены ретровирусом на 14 сутки эмбриогенеза и у взрослых выявлены ИГХ. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93 (1996) Cepco
Гены, регулирующие судьбу клеточных типов в сетчатке Три основных слоя сетчатки —GCL, INL, и ONL, сформированы из семи типов клеток, которые возникают из мультипотентных прогениторов в строго фиксированном порядке.
Роль Pax 6 в развитии клеточных линий сетчатки Cell, Vol. 105, 43– 55, 2001
Дифференцировка клеток в сетчатке идет от центра к периферии BMC Neural Development 2009 Expression patterns of Pax 6 in the developing chicken retina.
Сетчатка организована в вертикальном и горизонтальном направлениях, в ней чередуются слои из ядер клеток (ядерные) и слои синаптических контактов (плексиформные).
свет
В сетчатке есть нервные и глиальные клетки • Нервные клетки • Фоторецепторы • Горизонтальные клетки • Биполярные клетки • Амакриновые клетки • Ганглиозные клетки • • • Глиальные клетки Мюллеровская глия (Астроциты) (Микроглия) Нет олигодендроцитов (в зрительном нерве)
Медиаторная принадлежность нейронов сетчатки
Фоторецепторные клетки сетчатки (глютаматэргические). Колбочки обеспечивают цветовое и дневное зрение, палочки работают при слабом освещении Наружные сегменты В центральной части глаза доминируют колбочки, на периферии палочки. В сетчатке человека около 120 млн палочек и 5 млн колбочек
Палочки и колбочки сетчатки амбистомы
Наружные сегменты сложены из мембран, в виде дисков. В мембранах находится зрительный пигмент- белок родопсин колбочка палочки колбочки палочка
Складчатость наружных сегментов образуется за счет необычного разрастания реснички.
В мембрану диска наружного сегмента встроен светочувствительный белок родопсин
Фототрансдукция – процесс, при котором свет преобразуется в электрические сигналы в палочках, колбочках и светочувствительных ганглиозных клетках
Схема зрительного цикла Наружные сегменты дисков фагоцитируются клетками пигментного эпителия (каждая пигментная клетка связана с наружными сегментами 30 -45 фоторецепторов и переваривает в день до 4000 дисков)
Physiol Rev 85: 845– 881, 2005;
Функция клеток пигментного эпителия • Меланин ПЭ поглощает свет • Микроворсинки с пигментом изолируют наружные сегменты фоторецепторов др. от др. • Микроворсинки обеспечивают механическую опору наружным сегментам фоторецепторов • Клетки ПЭ захватывают отработанные зрительные пигменты и возвращают их в исходную форму • Клетки ПЭ регулируют прохождение веществ между сосудистой оболочкой и сетчаткой • Клетки ПЭ выделяют на апикальной поверхности PEDF и на базальной VEGF
Цветовое зрение обеспечивают колбочки с разной спектральной чувствительностью Приматы и человек Мышь
Фторецепторы формируют сложные инвагинирующие синаптические контакты (триады) с дендритами горизонтальных клеток и биполяров ribbon колбочка ribbon
Ленточные синапсы (ribbon synapse) в синаптических традах фоторецепторных клеток сетчатки Быстрые глютаматэргические синапсы
Биполярные нейроны. Образуют постсинаптические контакты с фоторецепторами и синапсы с ганглиозными клетками Наружный сетчатый слой Внутренний сетчатый слой
Горизонтальные нейроныэлектротонические тормозные (GABA) клетки. Соединяют между собой разные популяции фоторецепторов и биполяров.
Горизонтальные клетки контактируют между собой Gap Junction и объединяются в сети
Амакриновые клетки (интернейроны), около 40 типов.
Ганглиозные клетки сетчатки (глютаматергические и др. )
Midget, Parasol, Bistratified, Photosensitive retinal ganglion cells
Молекулярные механизмы, обеспечивающие прецизионные межнейрональные связи в сетчатке DASM- dendritic arborization synapse maturation DSCAM - Down syndrom cell adhesion molecule DSCAM L Sidekick 1, 2 SPIG 1 - sparc related protein JAM B- junction adhesive molecule B Cadherins, cadherin-7, cadherin-11, reelin and neuropilin-1. Current Opinion in Neurobiology 2004, 14: 83– 88 post synaptic density protein
Dscam и Sidekick белки направляют синаптические связи в определенные подслои внутреннего синаптического слоя сетчатки позвоночных Dscams и Sidekicks маркируют четыре разные группы ветвлений: пресинаптические (амакрины и биполяры) и постсинаптические дендриты (ГКС), которые ветвятся в ВСС в сетчатке цыпленка. Dscam and Sidekick proteins direct lamina-specific synaptic connections in vertebrate retina Masahito Yamagata 1 & Joshua R. Sanes 1 Vol 451|24 January 2008| doi: 10. 1038/nature 06469
В ходе дифференцировки ганглиозных клеток происходит прецизионное распределение конечных веточек дендритов в определенном подслое ВСС
on-off DSGC сетчатки мыши
JAM-B маркирует уникальный тип ГК.
Схема глаза млекопитающих -радужка роговица хрусталик Стекловидное тело -сетчатка -сосудистый слой
Fovea-центральная ямка сетчатки, область с наилучшим зрительным разрешением.
Fovea - центральная ямка, в этой области сетчатки нет сосудов
Распределение сосудов в фовеальной области
Глиальные клетки сетчатки
Клетки Мюллеровой глии у разных видов животных
Астроциты мигрируют в сетчатку из мозга по зрительному нерву
Навигация аксонов ганглиозных клеток
Соответствие адгезивных молекул на аксонах ганглиозных клеток мишеням в коленчатом теле мозга
Развитие связей между нейронами коленчатого тела и зрительной корой мозга
От сетчатки зрительная информация приходит в коленчатое тело и от него в зрительную кору мозга
Отображение зрительной картины на коре мозга
Molecular regulation of visual system development
Neural Development 2009, 4: 32
Дифференцировка клеток сетчатки
Аксоны биполярных клеток ON и OFF типов ветвятся в разных подслоях IPL
