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Glia limitans

Glia limitans

La glia limitans , o membrana che limita il gliale , è una sottile barriera dei processi del piede astrocitario associati alla lamina basale parenchimale che circonda il cervello e il midollo spinale. È lo strato più esterno del tessuto neurale e tra le sue responsabilità c'è la prevenzione della migrazione eccessiva di neuroni e neuroglia, le cellule di supporto del sistema nervoso, nelle meningi. La glia limitans svolge anche un ruolo importante nella regolazione del movimento di piccole molecole e cellule nel parenchima cerebrale lavorando in concerto con altri componenti del sistema nervoso centrale (SNC) come la barriera emato-encefalica (BBB).

Posizione e struttura

I piedi perivascolari degli astrociti formano una stretta associazione con la lamina basale del parenchima cerebrale per creare la glia limitans. Questa membrana si trova in profondità nella pia madre e nello spazio subpiale e circonda gli spazi perivascolari (spazi di Virchow-Robin). Qualsiasi sostanza che entra nel sistema nervoso centrale dal sangue o dal liquido cerebrospinale (CSF) deve attraversare la glia limitans.

Le due diverse classificazioni della membrana limitante del gliale, la glia limitans perivascolare e la glia limitans superficialmente, hanno strutture quasi identiche, tuttavia possono essere distinte l'una dall'altra per la loro posizione all'interno del cervello. La glia limitans perivascolare confina con lo spazio perivascolare che circonda i vasi sanguigni parenchimali e funge da componente di supporto della barriera emato-encefalica. Al contrario, i vasi sanguigni non parenchimali presenti nello spazio subaracnoideo non sono coperti dai glia limitans. Invece, l'intero spazio subaracnoideo è sigillato verso il tessuto nervoso dalla glia limitans superficial. Queste due parti della glia limitans sono continue; tuttavia, la convenzione stabilisce che la parte che copre la superficie del cervello viene definita superficiale e la parte che racchiude i vasi sanguigni all'interno del cervello è chiamata perivascolare.

Funzione

Barriera fisica

Il ruolo principale della glia limitans è quello di fungere da barriera fisica contro le cellule o le molecole indesiderate che tentano di entrare nel sistema nervoso centrale. La glia limitans compartimenta il cervello per isolare il parenchima dagli scomparti vascolari e subaracnoidi. All'interno del cervello, la membrana di limitazione gliale è un componente importante della barriera emato-encefalica. Esperimenti con marcatori densi di elettroni hanno scoperto che i componenti funzionali della barriera emato-encefalica sono le cellule endoteliali che compongono il vaso stesso. Queste cellule endoteliali contengono giunzioni strette altamente impermeabili che fanno sì che i vasi sanguigni del cervello non mostrino alcuna "perdita" che si trova nelle arterie e nelle vene in altre parti del corpo. Attraverso esperimenti sia in vivo che in vitro, è stato dimostrato che i processi del piede astrocitico delle glia limitans inducono la formazione delle giunzioni strette delle cellule endoteliali durante lo sviluppo del cervello. L'esperimento in vivo ha coinvolto astrociti di ratto raccolti che sono stati collocati nella camera anteriore di un occhio di pulcino o sul corioallantoide. I vasi sanguigni permeabili dall'iride o dal corioallantois sono diventati impermeabili all'albumina blu una volta entrati nel bolo trapiantato di astrociti. Nell'esperimento in vitro, le cellule endoteliali sono state inizialmente coltivate da sole e le giunzioni strette sono state osservate nelle repliche da frattura da congelamento come discontinue e crivellate di giunzioni gap. Quindi, le cellule endoteliali del cervello sono state coltivate con astrocititi con conseguente miglioramento delle giunzioni strette e una ridotta frequenza delle giunzioni gap.

La glia limitans funge anche da seconda linea di difesa contro tutto ciò che supera la barriera emato-encefalica. Tuttavia, poiché gli astrociti che circondano le navi sono collegati da giunzioni gap, non è considerato parte del BBB e il materiale può passare facilmente tra i processi del piede.

Barriera immunologica

Gli astrociti dei glia limitani sono responsabili della separazione del cervello in due compartimenti primari. Il primo compartimento è il parenchima del cervello e del midollo spinale immune-privilegiato. Questo compartimento contiene più proteine ​​immunosoppressive della superficie cellulare come CD200 e CD95L e consente il rilascio di fattori antinfiammatori. Il secondo compartimento è quello degli spazi subaracnoidi, subpiali e perivascolari non immuno-privilegiati. Quest'area è piena di fattori pro-infiammatori come anticorpi, proteine ​​del complemento, citochine e chemochine. Si ritiene che gli astrociti della glia limitans siano il componente del cervello che secerne i fattori pro e antinfiammatori.

Sviluppo

Lo sviluppo di lunghi processi cellulari di astrociti che sono parte integrante della struttura della glia limitans è stato collegato alla presenza di cellule meningee nella pia madre. Le cellule meningee sono cellule specializzate simili ai fibroblasti che circondano il SNC e i principali vasi sanguigni. È stato scoperto che cooperano con gli astrociti nella formazione iniziale dei glia limitani durante lo sviluppo e partecipano al suo mantenimento continuo per tutta la vita. La distruzione indotta artificialmente di cellule meningee durante lo sviluppo del sistema nervoso centrale ha provocato l'alterazione della matrice extracellulare subpiale e un'interruzione della glia limitans.

La glia limitans ha anche dimostrato di essere importante nel recupero del SNC dopo lesioni. Quando vengono fatte lesioni sulla superficie del cervello, le cellule meningee si dividono e migrano nella lesione, rivestendo infine l'intera cavità della lesione. Se la lesione ha ridotto significativamente la densità degli astrociti e creato spazio all'interno del tessuto, le cellule meningee invaderanno ancora più diffusamente. Quando le cellule meningee invadenti entrano in contatto con gli astrociti, possono indurre la formazione di una nuova glia limitante funzionale. Le nuove glia limitans formate dopo una lesione al sistema nervoso centrale di solito si presentano come una barriera agli assoni rigeneranti.

Rilevanza clinica

Esistono numerose malattie associate a problemi o anomalie con la glia limitans. Molte malattie possono derivare da una violazione della glia limitans in cui non sarà più in grado di svolgere il suo ruolo funzionale di barriera. Di seguito sono descritte due delle malattie più comuni derivanti da una violazione della glia limitans.

Distrofia muscolare congenita di tipo Fukuyama (FCMD)

Le violazioni del complesso della lamina basale glia limitante sono state associate alla distrofia muscolare congenita di tipo Fukuyama (FCMD), che si pensa sia il risultato di micropoligri o piccole sporgenze del tessuto nervoso. Sebbene il meccanismo alla base della formazione di queste violazioni sia in gran parte sconosciuto, recenti ricerche hanno indicato che la proteina fukutina è direttamente collegata alle lesioni in via di sviluppo. Le mutazioni della proteina fukutina portano a un livello depresso della sua espressione nel cervello e nel midollo spinale dei soggetti neonatali, che a sua volta è stato trovato che contribuisce a indebolire l'integrità strutturale della glia limitans. Le cellule neuronali e gliali migrano attraverso la barriera indebolita con conseguente accumulo di tessuto neurale nello spazio subaracnoideo. Questa migrazione anomala, nota come displasia corticale, è teorizzata per essere una delle cause primarie di FCMD.

Encefalomielite autoimmune sperimentale (EAE)

È stato dimostrato che i segni clinici dell'encefalomielite autoimmune sperimentale (EAE) sono evidenti solo dopo la penetrazione delle cellule infiammatorie attraverso la glia limitans e all'entrata nel parenchima del SNC. L'attività delle metalloproteinasi della matrice, in particolare MMP-2 e MMP-9, è necessaria per la penetrazione della glia limitante da parte delle cellule infiammatorie. Ciò è probabilmente dovuto alla biochimica della membrana basale parenchimale e ai processi del piede astrocitico. MMP-2 e MMP-9 sono entrambi prodotti da cellule mieloidi, che circondano le cellule T nello spazio perivascolare. Queste metalloproteinasi consentono alle cellule immunitarie di violare i glia limitan e raggiungere il parenchima del SNC per attaccare le cellule del parenchima del SNC. Una volta che le cellule immunitarie hanno raggiunto il parenchima del SNC e l'attacco immunitario è in atto, le cellule del parenchima del SNC vengono sacrificate per combattere l'infezione. La risposta autoimmune all'EAE porta all'attacco cronico di oligodendrociti e neuroni, che promuove la demielinizzazione e la perdita assonale. Ciò può in definitiva provocare la perdita dei neuroni del SNC.

Anatomia comparata

Poiché la glia limitans svolge un'importante funzione strutturale e fisiologica negli esseri umani, non sorprende che in molti altri animali si possano trovare precursori evolutivi della membrana limitante il gliale.

Gli insetti hanno un sistema circolatorio aperto, quindi non ci sono vasi sanguigni trovati nei loro gangli. Tuttavia, hanno una guaina di cellule gliali perineuriali che avvolge il sistema nervoso e presentano le stesse giunzioni occludenti indotte dalle glia limitans negli esseri umani. Queste cellule fungono da barriera e sono responsabili della determinazione dei gradienti di permeabilità.

In alcuni molluschi, si osserva una barriera del fluido glia-interstiziale senza la presenza di giunzioni strette. I molluschi cefalopodi, in particolare, hanno gangli cerebrali che hanno microcircolazione, spesso visti nella composizione di organismi superiori. Spesso, le cellule gliali formano una guaina senza cuciture completamente attorno allo spazio del sangue. La barriera è costituita da giunzioni intercellulari zonulari, piuttosto che giunzioni strette, con fessure formate da fibrille extracellulari. Oltre alla protezione dal sangue, si ritiene che queste barriere mostrino il controllo locale del microambiente attorno a specifici gruppi di neuroni, una funzione richiesta per i sistemi nervosi complessi.

È stato scoperto che le scimmie e altri primati hanno una membrana limitante gliale estremamente simile agli umani. Studi su questi animali hanno rivelato che lo spessore della glia limitans varia non solo notevolmente tra le diverse specie, ma anche all'interno di diverse regioni del sistema nervoso centrale dello stesso organismo. Ulteriori osservazioni di scimmie giovani e meno giovani hanno dimostrato che i soggetti più giovani hanno membrane più sottili con meno strati di processi astrocitici mentre le scimmie più anziane possiedono membrane molto più spesse.

Ricerche attuali

A partire dal 2011, la ricerca si concentra sulla comunicazione bidirezionale tra neuroni e cellule gliali. La comunicazione tra questi due tipi di cellule consente la conduzione assonale, la trasmissione sinaptica, nonché l'elaborazione delle informazioni per regolare e controllare meglio i processi del sistema nervoso centrale. Le varie forme di comunicazione includono neurotrasmissione, flussi ionici e molecole di segnalazione. Nel 2002, nuove informazioni sul processo di comunicazione neurone-glia sono state pubblicate da R. Douglas Fields e Beth Stevens-Graham. Hanno usato metodi di imaging avanzati per spiegare che i canali ionici osservati nelle cellule gliali non hanno contribuito ai potenziali d'azione ma hanno piuttosto permesso alla glia di determinare il livello di attività neuronale in prossimità. Le cellule gliali erano determinate a comunicare tra loro esclusivamente con segnali chimici e avevano persino sistemi specializzati di segnalazione dei neurotrasmettitori gliali e gliali. Inoltre, è stato scoperto che i neuroni rilasciano messaggeri chimici nelle regioni extrasinaptiche, suggerendo che la relazione neurone-gliale include funzioni oltre la trasmissione sinaptica. Glia è stato conosciuto per aiutare nella formazione delle sinapsi, nella regolazione della forza delle sinapsi e nell'elaborazione delle informazioni come menzionato sopra. Il processo per il rilascio di adenosina trifosfato (ATP), glutammato e altri messaggeri chimici dalla glia è stato discusso ed è visto come una direzione per le ricerche future.