A gliovascularis lamina basalis funkcionális állapotainak immunhisztokémiai jellemzése = Immunohistochemical characterisation of functional stages of the gliovascular basal lamina

A gliovaszkuláris kapcsolatban lényeges disztroglikán-disztrofin komplex (DGC) komponenseit vizsgáltuk immunhisztokémiai módsrerekkel patkányban Intakt, kifejlett állatban a tobozmirigy ereinek festődése inkább hasonlított a piában futó erekre, mint az agyállomány ereire Az ependima alján a mások által leírt laminin-hálózatot (’fraktonok’) rögzítő DGC- rendszert találtunk Szúrt, fagyasztásos, valamint háromféle ischémiás lézió után a ß-disztroglikán és az ?1-disztrobrevin immunreaktivitása csökkent, míg a lamininé és az utrofiné kimutathatóvá vált. A reaktív asztrogliában ?1-szintrofin jelent meg. Az eredmények segítségével követhető és szakaszokra oszthatók a sérülések utáni érreakciók, a gliovaszkuláris kapcsolatok változásai Hogy megállapítsuk, használható-e ez a patológiában, vizsgáltunk emberi anyagot ill. 1-10 órával a leölés után fixált patkányagyakat is Az egyedfejlődés során a DGC komponensei később (E14-16) jelentek meg, mint a laminin, melynek a DGC receptora, de korábban, mint a gliamarkerral (nesztin) kimutatható végtalpak (E18-E20). A posztnatalis korban előbb a fibronektin, utána a laminin immunreaktivitása tűnt el, ez utóbbi az utrofinéval együtt. A változások segítségével az érrendszer, a gliovaszkuláris kapcsolatok ’érése’ követhető, szakaszokra osztható A fejlődő szövet transzplantációja (E14) az eddigi eredmények szerint ebben a folyamatban nem okoz változást Próbálkoztunk a sérülések után őssejtek beültetésével, de nem befolyásolta az érreakciókat | The aim of the study was the immunohistochemical investigaton of the dystrophin-dystroglycan complex (DGC) components in rats In intact, adulrt rats the immunoreavctivities of the pineal vessels were similar to the meningeal ones rather than to the cerebral ones On the basis of the ependyma a DGC-system was found probably to anchor the laminin-network (’fractons’) had described by other authors Following lesions (stab wound, cryogenic, and 3 kinds of ischemia) the immunoreactivities of the dystroglycan and dystrophin decreased whereas that of utrophin and laminin became detectable. In the reactive glia syntrophin appeared. The results help to monitor the post-lesion vascular reactions, the gliovascular alterations, and to divide them into phases To check , whether the observations are applicable in the pathology, human autopsy material and its animal model: fixation of rat brain after 1 to 10 hs post-mortem storage During development DGC components appeared later (E14-E16) than laminin, their ligand but earlier than the nestin-containing perivascular end-feet (E18-E20).-Postnatally at first fibronectin then laminin immunoreactivities disappeare, the latter one together that of utriophin. This sequence of events makes possible monitoring and dividing the formation and maturation of cerebral vessels and gliovascular connections When the embryonic brain tissue was transplanted (at E14) it didn’t influenced the events Post-lesion implantation of stem cells had no influence, to

Aktivitás- és információfüggő szinaptikus plaszticitás in vitro neuronhálózatokban = Activity- and Information-Dependent Synaptic Plasticity in Neural Networks in vitro

Kompakt neuronhálózatok szinaptikus szerveződését és dinamikai viselkedését tanulmányoztuk a preszinaptikus aktivitás függvényében a nagy mocsári csiga (Lymnaea stagnalis) idegrendszerében. Hagyományos és modern elektrofiziológiai mószerek alkalmazásával kerestünk olyan újszerű hálózatszerveződési elveket, amelyek a neuronok közötti szinaptikus kapcsolatok hosszútávú, finom változásait eredményezhetik. Vizsgálataink első részében részletesen jellemeztük a kardiorespiratorikus neuronok spontán működését és válaszaikat szimulált szinaptikus bemenetekre. Fő kísérleti eszközként a mintázat clamp technikát alkalmaztuk, amellyel kiválasztott preszinaptikus neuronok aktivitását tudtuk tetszőlegesen vezérelni és azok hatását kvantitatíve jellemezni a neuronhálózatban. Oszcilláló tipusú preszinaptikus tüzelési mintázatok alkalmazásakor új, frekvenciaszelektív dinamikai viselkedést mutattunk ki. Ez a rezonáns viselkedés a neuronok belső biofizikai tulajdonságainak és a szinaptikus bemenetek időviszonyainak kölcsönhatásából alakul ki. Megállapítottuk, hogy a felnőtt állatokban a neuronhálózatok szinaptikus összeköttetéseit kevésbé befolyásolják plasztikus változások, mint a neurohumorális hatások. A sejtszintű memória folyamatokban lényeges szerepet játszó neuromodulátorokkal (5-HT, DA) végzett kísérleteink a hálózat dinamikus újraszerveződését tárták fel. Eszerint a molluskákban a már kialakult szinaptikus kapcsolatok is figyelemreméltó változatosságot produkálnak, mert a neurokémiai környezet változásai folyamatosan újrakonfigurálják azokat. | In the current project we studied how presynaptic activity shapes the dynamics and synaptic organisation of compact neuronal networks in the pond snail Lymnaea stagnalis. We used both conventional and novel methods of electrophysiology seeking novel principles of plasticity, which might result in long-term, fine changes in the synaptic connectivity. In the first part of our investigation we performed a detailed characterization of the spontaneous firing patterns of cardiorespiratory neurons as well their responses to simulated synaptic inputs. We used the pattern clamp technique, which allowed us to control the activity of selected presynaptic neurons in a flexible manner. When using oscillatory presynaptic firing patterns as input we detected a novel, frequency selective dynamical behavior in several neurons of the cardiorespiratory circuit. This resonant behavior is an outcome of the interplay between the intrinsic biophysical properties of the neurons and the temporal structure of the synaptic inputs they receive. We found that in adult animals the synaptic interconnections are affected mainly by neurohormonal factors rather than by activity-dependent plastic changes. We observed dynamic reconfiguration of the neural connections in experiments with neuromodulators such as 5-HT and dopamine known to play important role in memory formation at the cellular level. Therefore, in molluscs, even mature synaptic connections display a remarkable degree of interanimal variability, reflecting the differential actions of neurochemical factors

Regulation of mouse microglia activation and effector functions by bone marrow-derived mesenchymal stem cells

Mesenchymal stem or stromal cells (MSCs) are rare multipotent cells with potent regenerative and immunomodulatory properties. Microglial cells are specialized tissue macrophages of the central nervous system (CNS) that continuously survey their environment with highly motile extensions. Recently several studies have shown that MSCs are capable of reprogramming microglia into an “M2-like” phenotype characterized by increased phagocytic activity and upregulated expression of anti- inflammatory mediators in vitro. However, the precise polarization states of microglia in the presence of MSCs under physiological or under inflammatory conditions remain largely unknown. In this study, we found that MSCs induce a mixed microglia phenotype defined as Arg-1-high, CD86-high, CD206-high, IL-10-high, PGE2-high, MCP-1/CCL2-high, IL-1β- moderate, NALP-3-low, and TNF-α-low cells. These MSC-elicited microglial cells have high phagocytic activity and antigen-presenting ability. Lipopolysaccharide (LPS) is able to shape this microglia phenotype quantitatively, but not qualitatively in the presence of MSCs. This unique polarization state resembles a novel regulatory microglia phenotype, which might contribute to the resolution of inflammation and to tissue repair in the CNS

Pozícionális gének aktivitásának szerepe az idegsejt-fenotípus meghatározásában = Role of positional genes in the determination of the neuronal phenotype

A jellegzetes mintázatban aktiválódó pozícionális gének agyfejlődésben játszott szerepét vizsgálva az alábbi eredményeket nyertük: 1. A korai NE-4C embrionális idegi őssejtek indukálatlan állapotban regionálisan nem elkötelezettek; a neuron-képzés időszakában a regionális gének széles skálája aktiválódik; a sejtekből GABAerg, glutamaterg és szerotonin termelő neuronok is fejlődnek. 2. Az NE-4C sejtvonal transzfekciójával 11 idegi őssejtklónt alapítottunk; ezek a fejlődés minden szakaszában expresszálták az emx2 (antero-dorzális telencephalon) regionális gént; az NE-4Cemx2+ sejtek adhéziós sajátságai megváltoztak és katekolamin termelő neuronokat is képeztek. 3. Idegi őssejtvonalakat izoláltunk embrionális és kifejlett egéragyból új, szintetikus adhezív peptidkonjugátumok alkalmazásával; 4. A különböző agyi régiókból származó idegi őssejtvonalak és a belőlük in vitro fejlődő idegszöveti sejttípusok sok eredetre jellemző sajátságot megőriztek, de a hagyományos regionális gén-mintázat ezt az „emlékezetet” nem tükrözte; 5. Az egyes őssejt-klónok retinoid-érzékenysége és inherens retinsav metabolizmusa eltérő. Igazoltuk, hogy felnőtt agy neurogén régiói magas retinsav-tartalommal bírnak. 6. A kifejlett agyi parenchyma nem nyújt befogadó környeztet az őssejtek számára; a sérült előagyban az ős/progenitor sejtek szaporodnak, de nem differenciálódnak; túlnyomásos O2-kezelés hatására sporadikus idegsejt irányú fejlődés indítható. | Studies on developmental roles of „positional genes” in the formation of regional brain features led to the following results: 1. Early embryonic neural stem cells (NE-4C) are regionally not determined; in neuron-fromation phase, however, many regional genes got activated; GABAergic and glutamatergic neurons developed from the clon. 2. Inserting the Emx2 (antero-dorsal telencephalic) positional gene into NE-4C cells, 11 sub-clones were established, all expressing Emx2 throughout the entire differentiation period. The NE-4Cemx2+ cells displayed altered adhesive characteristics, and could generate catecholamine producing neurons. 3. By using novel synthetic adhesive peptide-conjugates, neural stem/progenitor clones had been established from different ages and regions of the mouse brain. 4. Neural stem/progenitor clones preserved several features characteristic to their origin, while the expression profile of traditional „regional genes” failed to reflect the regional „memory”. 5. The stem/progenitor clones displayed important differences in retinoid sentitivity and metabolism. In the neurogenic zones of the adult brain, enhanced retinoic acid contaent was demonstrated. 6. The adult brain parenhcyma is not permissive for the implanted stem/progenitor cells, regardless of their origin. In cortical lesion sites, the stem/progenitor cells proliferate, but do not differentiate. Hyperbaric O2-treatment was shown to allow sporadic neuronal differentiation

Versatility of microglial bioenergetic machinery under starving conditions

Microglia are highly dynamic cells in the brain. Their functional diversity and phenotypic versatility brought microglial energy metabolism into the focus of research. Although it is known that microenvironmental cues shape microglial phenotype, their bioenergetic response to local nutrient availability remains unclear. In the present study effects of energy substrates on the oxidative and glycolytic metabolism of primary - and BV-2 microglial cells were investigated. Cellular oxygen consumption, glycolytic activity, the levels of intracellular ATP/ADP, autophagy, mTOR phosphorylation, apoptosis and cell viability were measured in the absence of nutrients or in the presence of physiological energy substrates: glutamine, glucose, lactate, pyruvate or ketone bodies. All of the oxidative energy metabolites increased the rate of basal and maximal respiration. However, the addition of glucose decreased microglial oxidative metabolism and glycolytic activity was enhanced. Increased ATP/ADP ratio and cell viability, activation of the mTOR and reduction of autophagic activity were observed in glutamine-supplemented media. Moreover, moderate and transient oxidation of ketone bodies was highly enhanced by glutamine, suggesting that anaplerosis of the TCA-cycle could stimulate ketone body oxidation. It is concluded that microglia show high metabolic plasticity and utilize a wide range of substrates. Among them glutamine is the most efficient metabolite. To our knowledge these data provide the first account of microglial direct metabolic response to nutrients under short-term starvation and demonstrate that microglia exhibit versatile metabolic machinery. Our finding that microglia have a distinct bioenergetic profile provides a critical foundation for specifying microglial contributions to brain energy metabolism

Retinoid Machinery in Distinct Neural Stem Cell Populations with Different Retinoid Responsiveness

Retinoic acid (RA) is present at sites of neurogenesis in both the embryonic and adult brain. While it is widely accepted that RA signaling is involved in the regulation of neural stem cell differentiation, little is known about vitamin A utilization and biosynthesis of active retinoids in the neurogenic niches, or about the details of retinoid metabolism in neural stem cells and differentiating progenies. Here we provide data on retinoid responsiveness and RA production of distinct neural stem cell/neural progenitor populations. In addition, we demonstrate differentiation-related changes in the expression of genes encoding proteins of the retinoid machinery, including components responsible for uptake (Stra6) and storage (Lrat) of vitamin A, transport of retinoids (Rbp4, CrbpI, CrabpI-II), synthesis (Rdh10, Raldh1-4), degradation of RA (Cyp26a1-c1) and RA signaling (Raralpha,beta,gamma, Rxralpha,beta,gamma). We show that both early embryonic neuroectodermal (NE-4C) stem cells and late embryonic or adult derived radial glia like progenitors (RGl cells) are capable to produce bioactive retinoids but respond differently to retinoid signals. However, while neuronal differentiation of RGl cells can not be induced by RA, neuron formation by NE-4C cells is initiated by both RA and RA-precursors (retinol or retinyl acetate). The data indicate that endogenous RA production, at least in some neural stem cell populations, may result in autocrine regulation of neuronal differentiation

Atomic Force Microscopy of height fluctuations of fibroblast cells

We investigated the nanometer scale height fluctuations of 3T3 fibroblast cells with the atomic force microscope (AFM) under physiological conditions. Correlation between these fluctuations and lateral cellular motility can be observed. Fluctuations measured on leading edges appear to be predominantly related to actin polymerization-depolymerization processes. We found fast (5 Hz) pulsatory behavior with 1--2 nm amplitude on a cell with low motility showing emphasized structure of stress fibres. Myosin driven contractions of stress fibres are thought to induce this pulsation.Comment: 6 pages, 5 figures, 1 tabl