Ganglienzelle der Netzhaut - Retinal ganglion cell
| Ganglienzelle der Netzhaut | |
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 Diagramm mit Querschnitt der Netzhautschichten. Der mit "Ganglienschicht" bezeichnete Bereich enthält retinale Ganglienzellen
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| Bezeichner | |
| Gittergewebe | D012165 |
| NeuroLex- ID | nifext_17 |
| Anatomische Begriffe der Neuroanatomie | |
Eine retinale Ganglienzelle ( RGC ) ist ein Neuronentyp, der sich in der Nähe der inneren Oberfläche (der Ganglienzellschicht ) der Netzhaut des Auges befindet . Es empfängt visuelle Informationen von Photorezeptoren über zwei intermediäre Neuronentypen: bipolare Zellen und amakrine Netzhautzellen . Amakrine Zellen der Netzhaut, insbesondere Zellen mit schmalem Feld, sind wichtig, um funktionelle Untereinheiten innerhalb der Ganglienzellschicht zu bilden und sie so zu machen, dass Ganglienzellen einen kleinen Punkt beobachten können, der sich über eine kleine Entfernung bewegt. Retinale Ganglienzellen übertragen kollektiv bildbildende und nichtbildbildende visuelle Informationen von der Netzhaut in Form von Aktionspotentialen zu mehreren Regionen im Thalamus , Hypothalamus und Mesencephalon oder Mittelhirn .
Retinale Ganglienzellen unterscheiden sich erheblich in Bezug auf ihre Größe, Verbindungen und Reaktionen auf visuelle Stimulation, aber sie alle teilen die entscheidende Eigenschaft, dass sie ein langes Axon haben , das sich in das Gehirn erstreckt. Diese Axone bilden den Sehnerv , das Sehnervenkreuz und den Sehtrakt .
Ein kleiner Prozentsatz der retinalen Ganglienzellen trägt wenig oder nichts zum Sehen bei, ist aber selbst lichtempfindlich; ihre Axone bilden den retinohypothalamischen Trakt und tragen zu zirkadianen Rhythmen und dem Pupillenlichtreflex , der Größenänderung der Pupille, bei.
Funktion
In der menschlichen Netzhaut befinden sich etwa 0,7 bis 1,5 Millionen Ganglienzellen der Netzhaut. Mit etwa 4,6 Millionen Zapfenzellen und 92 Millionen Stäbchenzellen oder 96,6 Millionen Photorezeptoren pro Netzhaut erhält jede Netzhautganglienzelle im Durchschnitt Inputs von etwa 100 Stäbchen und Zapfen. Diese Zahlen variieren jedoch stark von Person zu Person und als Funktion der Netzhautlokalisation. In der Fovea (Zentrum der Netzhaut) kommuniziert eine einzelne Ganglienzelle mit nur fünf Photorezeptoren. In der äußersten Peripherie (Rand der Netzhaut) erhält eine einzelne Ganglienzelle Informationen von vielen Tausend Photorezeptoren.
Retinale Ganglienzellen feuern im Ruhezustand spontan Aktionspotentiale mit einer Grundfrequenz ab. Die Erregung von retinalen Ganglienzellen führt zu einer erhöhten Feuerungsrate, während eine Hemmung zu einer verringerten Feuerungsrate führt.
Typen
Es gibt eine große Variabilität bei den Ganglienzelltypen zwischen den Arten. Bei Primaten, einschließlich des Menschen, gibt es im Allgemeinen drei Klassen von RGCs:
- W-Ganglion: klein, 40% der Gesamtmenge, breite Felder in der Netzhaut, Anregung durch Stäbchen. Erkennung von Richtungsbewegungen überall im Feld.
- X-Ganglion: mittlerer Durchmesser, 55% der Gesamtmenge, kleines Gesichtsfeld, Farbsehen. Nachhaltige Reaktion.
- Y-Ganglion: größtes, 5%, sehr breites dendritisches Feld, reagiert auf schnelle Augenbewegungen oder schnelle Änderung der Lichtintensität. Vorübergehende Reaktion.
Basierend auf ihren Projektionen und Funktionen gibt es mindestens fünf Hauptklassen von retinalen Ganglienzellen:
- Zwergzelle (parvozellulär oder P-Weg; P-Zellen )
- Sonnenschirm Zelle (magnozellulären oder M - Weg; M - Zellen )
- Bistratifizierte Zelle (koniozellulär oder K-Weg)
- Lichtempfindliche Ganglienzellen
- Andere Ganglienzellen, die für Augenbewegungen in den Colliculus superior vorspringen ( Sakkaden )
P-Typ
Retinale Ganglienzellen vom P-Typ projizieren zu den parvozellulären Schichten des lateralen geknickten Kerns . Diese Zellen werden aufgrund der geringen Größe ihrer dendritischen Bäume und Zellkörper als winzige retinale Ganglienzellen bezeichnet . Etwa 80 % aller retinalen Ganglienzellen sind Zwergzellen im parvozellulären Signalweg . Sie erhalten Inputs von relativ wenigen Stäben und Zapfen. Sie haben eine geringe Leitungsgeschwindigkeit und reagieren auf Farbänderungen, reagieren jedoch nur schwach auf Kontraständerungen, es sei denn, die Änderung ist groß. Sie haben einfache Mitte-Surround- Empfangsfelder , wobei die Mitte entweder EIN oder AUS sein kann, während die Umgebung das Gegenteil ist.
M-Typ
Retinale Ganglienzellen vom M-Typ projizieren in die magnozellulären Schichten des lateralen geknickten Kerns. Diese Zellen werden aufgrund der großen Größe ihrer dendritischen Bäume und Zellkörper als parasol- retinale Ganglienzellen bezeichnet. Etwa 10 % aller retinalen Ganglienzellen sind Parasolzellen, und diese Zellen sind Teil des magnozellulären Signalwegs. Sie erhalten Inputs von relativ vielen Stäben und Zapfen. Sie haben eine hohe Leitungsgeschwindigkeit und können auf kontrastarme Reize reagieren, sind jedoch nicht sehr empfindlich gegenüber Farbänderungen. Sie haben viel größere rezeptive Felder, die jedoch auch in der Mitte liegen.
K-Typ
Retinale Ganglienzellen vom BiK-Typ projizieren in die koniozellulären Schichten des seitlichen geknickten Kerns. Retinale Ganglienzellen vom K-Typ wurden erst vor relativ kurzer Zeit identifiziert. Koniozellulär bedeutet "Zellen so klein wie Staub"; ihre geringe Größe machte sie schwer zu finden. Etwa 10 % aller retinalen Ganglienzellen sind bistratifizierte Zellen, und diese Zellen durchlaufen den koniozellulären Weg. Sie erhalten Eingaben von einer mittleren Anzahl von Stäben und Kegeln. Sie können am Farbsehen beteiligt sein. Sie haben sehr große rezeptive Felder , die nur Zentren (keine Umrandungen) haben und immer zum blauen Kegel EIN und sowohl zum roten als auch zum grünen Kegel AUS sind.
Lichtempfindliche Ganglienzelle
Lichtempfindliche Ganglienzellen , einschließlich, aber nicht beschränkt auf die Riesenganglienzellen der Netzhaut, enthalten ihr eigenes Photopigment , Melanopsin , wodurch sie auch ohne Stäbchen und Zapfen direkt auf Licht reagieren. Sie projizieren unter anderem über den retinohypothalamischen Trakt auf den Nucleus suprachiasmaticus (SCN), um zirkadiane Rhythmen einzustellen und aufrechtzuerhalten . Andere retinale Ganglienzellen, die zum Nucleus geniculatum laterale (LGN) projizieren, umfassen Zellen, die Verbindungen mit dem Nucleus Edinger-Westphal (EW) herstellen, um den Pupillenlichtreflex zu kontrollieren , und riesige retinale Ganglienzellen .
Physiologie
Die meisten reifen Ganglienzellen sind aufgrund ihrer Expression von K v 3 -Kaliumkanälen in der Lage, Aktionspotentiale mit hoher Frequenz auszulösen .
Pathologie
Die Degeneration der Axone der retinalen Ganglienzellen (des Sehnervs ) ist ein Kennzeichen des Glaukoms .
Entwicklungsbiologie
Netzhautwachstum: der Anfang
Retinale Ganglienzellen (RGCs) werden bei der Maus zwischen embryonalem Tag 11 und postnatalem Tag null und in der menschlichen Entwicklung zwischen Woche 5 und 18 in utero geboren. Bei Säugetieren sind RGCs typischerweise zu Beginn in dem dorsalen Mittel Aspekte des addierten Exkavation oder Augen primordium. Dann breitet sich das RC-Wachstum wellenförmig von dort nach ventral und peripher aus. Dieser Prozess hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab, die von Signalfaktoren wie FGF3 und FGF8 bis hin zur richtigen Hemmung des Notch-Signalwegs reichen. Am wichtigsten ist, dass die bHLH (basic helix-loop-helix)-Domäne, die den Transkriptionsfaktor Atoh7 und seine nachgeschalteten Effektoren wie Brn3b und Isl-1 enthält, dazu beiträgt, das Überleben und die Differenzierung von RGC zu fördern . Die "Differenzierungswelle", die die RGC-Entwicklung über die Netzhaut hinweg antreibt, wird auch insbesondere von den bHLH-Faktoren Neurog2 und Ascl1 und der FGF/Shh-Signalgebung reguliert, die aus der Peripherie stammen.
Wachstum innerhalb der retinalen Ganglienzellschicht (Glasfaser)
Frühe Vorläufer-RGCs verlängern typischerweise Prozesse, die mit den inneren und äußeren Grenzmembranen der Netzhaut verbunden sind, wobei die äußere Schicht an das retinale Pigmentepithel und die innere an den zukünftigen Glaskörper angrenzt. Das Zellsoma zieht in Richtung des Pigmentepithels, durchläuft eine terminale Zellteilung und Differenzierung und wandert dann in einem Prozess, der als somale Translokation bezeichnet wird, zurück zur inneren Grenzmembran . Die Kinetik der somalen RGC-Translokation und die zugrunde liegenden Mechanismen sind bei Zebrafischen am besten verstanden . Das RGC wird dann ein Axon in der retinalen Ganglienzellschicht ausdehnen, das durch Lamininkontakt gesteuert wird. Die Retraktion des apikalen Prozesses des RGC wird wahrscheinlich durch Slit-Robo- Signale vermittelt.
RGCs wachsen entlang der glialen Endfüße, die an der inneren Oberfläche positioniert sind (Seite, die dem zukünftigen Glaskörper am nächsten liegt). Neuronale Zelladhäsionsmoleküle (N-CAM) vermitteln diese Bindung über homophile Wechselwirkungen zwischen Molekülen ähnlicher Isoformen (A oder B). Auch die Schlitzsignalisierung spielt eine Rolle und verhindert, dass RGCs in Schichten über die Glasfaserschicht hinaus wachsen.
Axone aus den RGCs werden wachsen und sich in Richtung der Papille ausdehnen , wo sie das Auge verlassen. Nach der Differenzierung werden sie von einer hemmenden peripheren Region und einer zentralen attraktiven Region begrenzt, wodurch die Ausdehnung des Axons in Richtung Papille gefördert wird. CSPGs existieren entlang des retinalen Neuroepithels (Oberfläche, über der die RGCs liegen) in einem peripheren hoch-zentralen niedrigen Gradienten. Slit wird auch in einem ähnlichen Muster exprimiert, das von den Zellen in der Linse sezerniert wird. Adhäsionsmoleküle wie N-CAM und L1 fördern das Wachstum zentral und helfen auch dabei, die RGC-Axone richtig zu bündeln (bündeln). Shh wird in einem hohen zentralen, niedrigen peripheren Gradienten exprimiert und fördert die zentral-projizierende RGC-Axon-Extension über Patched-1, den Hauptrezeptor für Shh, vermittelte Signalübertragung.
Wachstum in und durch den Sehnerv
RGCs verlassen die retinale Ganglienzellschicht durch die Papille, was eine Drehung um 45° erfordert. Dies erfordert komplexe Interaktionen mit Gliazellen der Papille, die lokale Gradienten von Netrin-1 exprimieren, einem Morphogen , das mit dem Deleted in Colorectal Cancer (DCC)-Rezeptor auf Wachstumskegeln des RGC-Axons interagiert. Dieses Morphogen zieht zunächst RGC-Axone an, aber dann wird Netrin-1 durch eine interne Veränderung des Wachstumskegels des RGC abstoßend und schiebt das Axon von der Papille weg. Dies wird durch einen cAMP-abhängigen Mechanismus vermittelt. Darüber hinaus können auch CSPGs und Eph-Ephrin-Signalwege beteiligt sein.
RGCs wachsen entlang der Endfüße der Gliazellen im Sehnerv. Diese Glia sezernieren abstoßendes Semaphorin 5a und Slit in einer umgebenden Art und Weise, die den Sehnerv bedecken, wodurch sichergestellt wird, dass sie im Sehnerv verbleiben. Vax1, ein Transkriptionsfaktor, wird vom ventralen Zwischenhirn und den Gliazellen in der Region, in der das Chiasma gebildet wird, exprimiert und kann auch sekretiert werden, um die Chiasmabildung zu kontrollieren.
Wachstum am Chiasma opticum
Wenn sich RGCs dem Chiasma opticum nähern, dem Punkt, an dem sich die beiden Sehnerven treffen, am ventralen Zwischenhirn um den 10.–11 Trakt. Bei der Maus bleiben etwa 5% der RGCs, hauptsächlich diejenigen, die aus der ventral-temporalen Sichel (VTc)-Region der Netzhaut stammen, ipsilateral, während die restlichen 95% der RGCs sich kreuzen. Dies wird weitgehend durch den Grad der binokularen Überlappung zwischen den beiden Sehfeldern in beiden Augen gesteuert. Mäuse haben keine signifikante Überlappung, während Menschen, die dies tun, etwa 50% der RGCs kreuzen und 50% ipsilateral bleiben.
Aufbau des abstoßenden Umrisses des Chiasma
Sobald RGCs das Chiasma erreichen, ändern sich die sie unterstützenden Gliazellen von einer intrafaszikulären zu einer radialen Morphologie. Eine Gruppe von Zwischenhirnzellen, die das stadienspezifische embryonale Antigen (SSEA)-1 und CD44 der Zelloberflächen-Antigen exprimieren, wird eine umgekehrte V-Form bilden. Sie werden den posterioren Aspekt des Sehnervenkreuzes festlegen. Darüber hinaus ist die Slit-Signalgebung hier wichtig: Heparinsulfat-Proteoglykane, Proteine in der ECM, werden das Slit-Morphogen an bestimmten Punkten in der hinteren Chiasmagrenze verankern. RGCs werden zu diesem Zeitpunkt beginnen, Robo, den Rezeptor für Slit, zu exprimieren, wodurch die Abstoßung erleichtert wird.
Kontralateral projizierende RGCs
RGC-Axone, die zum kontralateralen Sehtrakt wandern, müssen sich kreuzen. Shh, das entlang der Mittellinie im ventralen Zwischenhirn exprimiert wird, bietet einen abstoßenden Hinweis, um zu verhindern, dass RGCs die Mittellinie ektopisch überschreiten. In diesem Gradienten wird jedoch ein Loch erzeugt, wodurch RGCs sich kreuzen können.
Moleküle, die die Anziehung vermitteln, umfassen NrCAM, das von wachsenden RGCs und der Mittellinie der Glia exprimiert wird und zusammen mit Sema6D wirkt, das über den Plexin-A1-Rezeptor vermittelt wird. VEGF-A wird von der Mittellinie freigesetzt und leitet RGCs an, einen kontralateralen Weg einzuschlagen, vermittelt durch den Neuropilin-1-Rezeptor (NRP1). cAMP scheint bei der Regulierung der Produktion von NRP1-Protein sehr wichtig zu sein, wodurch die Reaktion der Wachstumskegel auf den VEGF-A-Gradienten im Chiasma reguliert wird.
Ipsilateral projizierende RGCs
Die einzige Komponente, die bei Mäusen ipsilateral projiziert, sind RGCs aus dem ventral-temporalen Halbmond in der Netzhaut, und zwar nur, weil sie den Zic2-Transkriptionsfaktor exprimieren. Zic2 wird die Expression des Tyrosinkinase-Rezeptors EphB1 fördern, der durch Vorwärtssignalgebung (siehe Übersicht von Xu et al.) an den Liganden Ephrin B2 bindet, der von der Mittellinie Glia exprimiert wird, und abgestoßen wird, um sich vom Chiasma abzuwenden. Einige VTc-RGCs projizieren kontralateral, weil sie den Transkriptionsfaktor Islet-2 exprimieren, der ein negativer Regulator der Zic2-Produktion ist.
Shh spielt auch eine Schlüsselrolle dabei, die RGC-Axone ipsilateral zu halten. Shh wird von den kontralateral hervorstehenden RGCs und den Gliazellen der Mittellinie exprimiert. Boc oder Brother of CDO (CAM-related/downregulated by oncogenes), ein Co-Rezeptor für Shh, der die Shh-Signalgebung durch Ptch1 beeinflusst, scheint diese Abstoßung zu vermitteln, da er nur auf Wachstumskegel aus den ipsilateral projizierten RGCs auftritt.
Andere Faktoren, die das ipsilaterale RGC-Wachstum beeinflussen, umfassen die Teneurin-Familie, bei der es sich um Transmembran-Adhäsionsproteine handelt, die homophile Wechselwirkungen zur Steuerung der Führung verwenden, und Nogo, das von radialen Gliazellen in der Mittellinie exprimiert wird. Der Nogo-Rezeptor wird nur von VTc-RGCs exprimiert.
Schließlich scheinen andere Transkriptionsfaktoren eine bedeutende Rolle bei der Veränderung zu spielen. Foxg1, auch Gehirnfaktor 1 genannt, und Foxd1, auch Gehirnfaktor 2 genannt, sind beispielsweise geflügelte Helix-Transkriptionsfaktoren, die in den Nasen- und Schläfenaugenmuscheln exprimiert werden und die Sehbläschen beginnen, aus dem Neuralrohr auszuweichen. Diese Faktoren werden auch im ventralen Zwischenhirn exprimiert, wobei Foxd1 nahe dem Chiasma exprimiert wird, während Foxg1 stärker rostral exprimiert wird. Sie scheinen eine Rolle bei der Definition der ipsilateralen Projektion zu spielen, indem sie die Expression der Zic2- und EphB1-Rezeptorproduktion verändern.
Wachstum im Sehtrakt
Sobald sie das Chiasma opticum verlassen haben, erstrecken sich RGCs dorsokaudal entlang der ventralen Zwischenhirnoberfläche und bilden den Tractus opticus, der sie bei Säugetieren zum Colliculus superior und zum Nucleus geniculatum laterale oder bei niederen Wirbeltieren zum Tektum führt. Sema3d scheint zumindest im proximalen Sehtrakt wachstumsfördernd zu sein, und Zytoskelettumlagerungen auf Höhe des Wachstumskegels scheinen signifikant zu sein.
Myelinisierung
Bei den meisten Säugetieren sind die Axone der retinalen Ganglienzellen dort, wo sie die Netzhaut passieren, nicht myelinisiert . Die Teile der Axone, die sich jenseits der Netzhaut befinden, sind jedoch myelinisiert. Dieses Myelinisierungsmuster wird funktionell durch die relativ hohe Opazität des Myelins erklärt – myelinisierte Axone, die über die Netzhaut wandern, würden einen Teil des Lichts absorbieren, bevor es die Photorezeptorschicht erreicht, was die Sehqualität verringert. Es gibt menschliche Augenkrankheiten, bei denen dies tatsächlich geschieht. Bei einigen Wirbeltieren wie dem Huhn sind die Axone der Ganglienzellen in der Netzhaut myelinisiert.