Band 21, Heft 3

Zusammenfassung Sowohl neuronale als auch gliale Zellen tragen zu höheren Hirnfunktionen bei. Viele Beobachtungen zeigen, dass Neurone und Gliazellen nicht nur physische Berührungspunkte besitzen, sondern auch physiologisch eng verbunden sind und auf vielen Ebenen wechselseitig voneinander abhängen. Zudem stellen Macroglia wie Astrozyten, NG2 - Zellen und Oligodendrocyten keine homogenen Zellpopulationen dar, sondern besitzen, ahnlich wie Neurone, merkliche Unterschiede in verschiedenen Aspekten. Diese Vielzahl der Unterschiede in Morphologie, Funktionalität und zellularer Aktivität wurden jungst anerkannt und in ein generelles Konzept der Gehirnfunktion integriert, welches eine neurale, statt einer ausschließlich neuronalen Welt zeichnet. Mit den neusten Fortschritten der ‚OMICs‘ Technologie wird ein unvoreingenommener und explorativer Ansatz möglich, über welchen ein detailliertes Verständnis des glialen Heterogenitätsprofils in Reichweite gelangt. In diesem Artikel geben wir einen Überblick über aktuelle Transkriptomics-und Proteomicstechniken, die benutzt werden, um die gliale Heterogenität des Gehirns zu analysieren.

Zusammenfassung NG2 Glia stellen eine eigenständige neurale Zellpopulation dar, die über die Expression des Proteoglykans NG2 von anderen Zelltypen des zentralen Nervensystems unterschieden werden kann. Wahrend der Ontogenese generieren NG2 Glia Oligodendrozyten und eine Subpopulation von Astrozyten und im erwachsenen Gehirn bilden sie unter physiologischen Bedingungen ausschließlich Oligodendrozyten oder weitere NG2 Glia. Heute ist klar, dass NG2 Glia eine heterogene Population von Zellen mit unterschiedlichen Eigenschaften und Potenzial darstellen. In diesem Übersichtsartikel diskutieren wir zuerst die Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen NG2 Glia im jungen und erwachsenen Gehirn und beschreiben dann molekulare Regulationsmechanismen in NG2 Glia, um anschließend auf die Heterogenität unter physiologischen und pathologischen Bedingungen einzugehen.

Zusammenfassung NG2- Gliazellen repräsentieren einen häufig vorkommenden glialen Zelltyp im Gehirn, der das Proteoglykan NG2 exprimiert, dessen funktionelle Bedeutung jedoch weitgehend unklar ist. Ein Großteil dieser Zellen ist auch im erwachsenen Gehirn noch teilungsaktiv. Diese Zellen besitzen eine Vielzahl von Ionenkanalen und Transmitter-Rezeptoren, die es ihnen ermöglichen, neuronale Aktivität zu detektieren. Bemerkenswerterweise werden NG2 - Gliazellen durch glutamaterge und GABAerge Neurone synaptisch innerviert. Da die postsynaptischen glialen Strome vergleichsweise klein sind, kommt der räumlichen und zeitlichen Integration dieser Signale möglicherweise eine wichtige Rolle zu. In der weißen Hirnsubstanz differenzieren viele NG2 - Gliazellen in Oligodendrozyten , und vermutlich wird dieser Prozess über die Aktivität der Neuron-Glia -Synapsen beeinflusst. Es zeichnet sich immer deutlicher ab, dass sich die Eigenschaften der NG2 - Glia in verschiedenen Hirnregionen unterscheiden, obgleich wir die Bedeutung dieser Heterogenität noch nicht verstehen.

Zusammenfassung Der schnelle Signalaustausch zwischen Neuronen und Astrozyten auf synaptischer Ebene wird gegenwärtig intensiv untersucht. Astrozyten reagieren auf sehr verschiedene Formen neuronaler Aktivität mit zytosolischen Ca 2+ -Signalen. Gleichzeitig kommt es nach Zunahme der astrozytären Ca 2+ -Konzentration zu einer ganzen Reihe von Veränderungen sowohl der erregenden als auch der hemmenden synaptischen Übertragung. Wir geben hier einen kurzen Überblick über die Heterogenität der Ca 2+ -abhängigen Kommunikation zwischen Astrozyten und Neuronen im Hippocampus und diskutieren, welche Mechanismen in Anbetracht dieser Vielfältigkeit einen spezifischen Informationsaustausch zwischen Astrozyten und Neuronen auf der Ebene einzelner Synapsen gewährleisten können.

Neuronal as well as glial cells contribute to higher order brain functions. Many observations show that neurons and glial cells are not only physically highly intermingled but are physiologically tightly connected and mutually depend at various levels on each other. Moreover, macroglia classes like astrocytes, NG2 cells and oligodendrocytes are not at all homogenous cell populations but do possess a markedly heterogeneity in various aspects similar to neurons. The diversity of differences in morphology, functionality and, cellular activity has been acknowledged recently and will be integrated into a concept of brain function that pictures a neural rather than a puristical neuronal world. With the recent progress in “omic” technologies, an unbiased and exploratory approach toward an enhanced understanding of glial heterogeneity has become possible. Here, we provide an overview on current technical transcriptomic and proteomic approaches used to dissect glial heterogeneity of the brain.

NG2 glia represent a neural cell population that expresses the proteoglycan NG2 and is distinct from other cell types of the central nervous system. While they generate oligodendrocytes and a subset of astrocytes during development, their progeny in the adult brain solely consists of oligodendrocytes and further NG2 glia. In the last years, it has become clear that NG2 glia represent a heterogeneous population of cells with different properties and potential. In this review we will first discuss the similarities and differences between NG2 glia of the developing and adult CNS, before we will describe the regulatory mechanisms in these cells to finally concentrate on the heterogeneity of NG2 glia under physiological and pathological conditions.

Although NG2 glial cells represent a frequent glial cell type in the brain, characterized by expression of the NG2 proteoglycan, the functional impact of these cells is still enigmatic. A large proportion of NG2 glia are proliferatively active throughout life. These cells express a plethora of ion channels and transmitter receptors, which enable them to detect neuronal activity. Intriguingly, NG2 glial cells receive synaptic input from glutamatergic and GABAergic neurons. Since these postsynaptic glial currents are very small, their spatial and temporal integration might play an important role. In white matter, most NG2 glial cells differentiate into oligodendrocytes and this process might be influenced through the activity of the aforementioned neuron-glia synapses. Increasing evidence suggests that the properties of NG2 glia vary across brain regions; however, the impact of this variability is not understood yet.

Fast signal exchange between neurons and astrocytes at the synaptic level has attracted considerable attention. Astrocytes often respond with Ca 2+ transients to widely different neuronal synaptic activity. At the same time, astrocyte Ca 2+ elevations trigger profound and diverse changes of both excitatory and inhibitory synaptic transmission. Here, we briefly review examples of the heterogeneity of Ca 2+ -dependent astrocyte-neuron communication in the rodent hippocampus and discuss mechanisms that could maintain specificity of synaptic astrocyte-neuron signaling in the face of its diversity.