顆粒細胞

顆粒細胞という名前は、多くの異なるタイプのニューロンに使用されてきましたが、その唯一の共通点は、すべてのニューロンが非常に小さな細胞体を持っていることです。顆粒細胞は、小脳の顆粒層、海馬歯状回、背側co牛核の表層、嗅球、および大脳皮質内に見られます。

小脳顆粒細胞は、人間の脳のニューロンの大部分を占めています。これらの顆粒細胞は、橋核に由来する苔状線維から興奮性入力を受け取ります。小脳顆粒細胞は、プルキンエ層を通って分子層に突き出し、そこでプルキンエ細胞樹状突起を介して広がる平行線維に分岐します。これらの平行線維は、神経伝達物質としてグルタミン酸を使用して、プルキンエ細胞の中間および遠位樹状突起上に数千の興奮性顆粒細胞-プルキンエ細胞シナプスを形成します。

大脳皮質のレイヤー4顆粒細胞は視床から入力を受け取り、顆粒上層2〜3に投射を送信しますが、大脳皮質の非顆粒層にも投射します。

構造

さまざまな脳領域の顆粒細胞は、機能的および解剖学的に多様です。共通するのは、小ささだけです。例えば、嗅球顆粒細胞はGABA作動性で軸索がなく、歯状回の顆粒細胞はグルタミン酸作動性の投射軸索を持っています。顆粒細胞のこれらの2つの集団は、成人の神経発生を受ける唯一の主要なニューロン集団でもありますが、小脳および皮質顆粒細胞はそうではありません。顆粒細胞（嗅球のものを除く）は、樹状突起、体細胞（細胞体）および軸索からなるニューロンに典型的な構造を持っています。

樹状突起 ：各顆粒細胞には、爪で終わる3〜4個のずんぐりした樹状突起があります。各樹状突起の長さはわずか約15μmです。

相馬 ：顆粒細胞はすべて約10μmの小さな細胞体直径を持っています。

軸索 ：各顆粒細胞は、単一の軸索をプルキンエ細胞樹状細胞に送ります。軸索の直径は非常に狭く、½マイクロメートルです。

シナプス ：100-300,000顆粒細胞軸索が単一のプルキンエ細胞にシナプスします。

顆粒細胞間のギャップ結合の存在により、複数のニューロンが互いに結合し、複数の細胞が同期して作用し、顆粒細胞の発生に必要なシグナル伝達機能が可能になります。

小脳顆粒細胞

菱形の唇によって生成される顆粒細胞は、小脳皮質の顆粒細胞層に見られます。彼らは小さく、多数です。それらは、非常に小さな細胞体と、爪状の末端で終わるいくつかの短い樹状突起によって特徴付けられます。透過型電子顕微鏡では、これらの細胞は細胞質の薄い縁に囲まれた暗く染色された核によって特徴付けられます。軸索は分子層に上昇し、そこで分裂して平行繊維を形成します。

歯状回顆粒細胞

歯状回の主な細胞型は顆粒細胞です。歯状回顆粒細胞は、幅が約10μm、高さが18μmの楕円形の細胞体を持っています。

顆粒細胞には、とげのある先端樹状突起の特徴的な円錐形の木があります。樹状突起の枝は分子層全体に突き出ており、樹状突起の木の最も遠い先端は海馬の裂け目または心室の表面で終わります。顆粒細胞は、歯状回の顆粒細胞層に密に詰まっています。

背側nucleus牛神経核顆粒細胞

背側nucleus牛神経核の顆粒細胞は、2、3個の短い樹状突起を持つ小さなニューロンであり、末端にいくつかの分岐が生じます。樹状突起は、小脳顆粒細胞と同様に、糸状体を形成して苔状の繊維を受け入れる爪状の末端を備えた短いものです。その軸索は背側co牛神経核の分子層に突出し、そこで小脳顆粒細胞に似た平行線維を形成します。背側co牛顆粒細胞は、発達的に関連している小脳顆粒細胞に似ている小さな興奮性介在ニューロンです。

嗅球顆粒細胞

脊椎動物の嗅球の主な内因性顆粒細胞には、軸索がありません（アクセサリーニューロンと同様）。各細胞は、短い中央樹状突起と、顆粒細胞層に拡大して僧帽細胞体層に入る単一の長い先端樹状突起を生じます。樹状突起枝は、嗅覚管の樹状突起の間の外側網状層内で終了します。哺乳類の嗅球では、大きな棘が存在するため、顆粒細胞はシナプス入力と出力の両方を処理できます。

関数

小脳の神経経路と回路

小脳顆粒細胞は、橋核に由来する3本または4本の苔状線維から興奮性入力を受け取ります。コケ状の繊維は、顆粒細胞に興奮性の接続を作り、顆粒細胞に活動電位を発火させます。

小脳顆粒細胞の軸索は分裂して、プルキンエ細胞を支配する平行線維を形成します。顆粒細胞の軸索シナプスの大部分は平行線維に見られます。

平行な繊維はプルキンエ層を通って分子層に送られ、そこでプルキンエ細胞の樹状突起を介して分岐して広がります。これらの平行線維は、プルキンエ細胞の樹状突起上に数千の興奮性顆粒細胞-プルキンエ細胞シナプスを形成します。

この接続は、グルタミン酸が放出されると興奮します。

同じ顆粒細胞からの平行線維と上行軸索シナプスは同期して発火し、興奮性シグナルをもたらします。小脳皮質には、さまざまな抑制性ニューロン（介在ニューロン）があります。小脳皮質に存在する唯一の興奮性ニューロンは顆粒細胞です。

平行線維とプルキンエ細胞の間のシナプスの可塑性は、運動学習に重要であると考えられています。小脳回路の機能は、顆粒層によって実行されるプロセスに完全に依存しています。したがって、顆粒細胞の機能は小脳機能全体を決定します。

小脳顆粒細胞への苔状線維入力

顆粒細胞樹状突起は、サンティアゴラモンyカハールが苔状線維と呼ぶ特有の無髄軸索ともシナプスを形成します。苔状線維とゴルジ細胞はともに顆粒細胞とシナプス結合します。これらの細胞が一緒になって糸球体を形成します。

顆粒細胞はフィードフォワード阻害を受けます。顆粒細胞はプルキンエ細胞を興奮させますが、プルキンエ細胞を阻害するGABA作動性介在ニューロンも興奮させます。

顆粒細胞もフィードバック阻害を受けます。ゴルジ細胞は顆粒細胞から興奮性刺激を受け、顆粒細胞に抑制シグナルを送り返します。

苔状線維の入力コードは、顆粒細胞間のシナプス伝達中に保存され、神経支配は受信した入力に固有であることを示唆しています。顆粒細胞は、苔状線維からのシグナルを中継するだけでなく、時空間領域で必要とされるさまざまな複雑な変換を実行します。

各顆粒細胞は、2つの異なる苔状の細かい入力から入力を受信して​​います。したがって、入力は、同じソースから複数の入力を受け取るグラニュールセルとは対照的に、2つの異なる場所から来ています。

顆粒細胞にシグナルを送信している苔状線維の違いは、顆粒細胞がプルキンエ細胞に変換する情報の種類に直接影響します。この翻訳の信頼性は、顆粒細胞のシナプス活性の信頼性と、受信される刺激の性質に依存します。顆粒細胞が苔状線維から受け取るシグナルは、苔状線維自体の機能に依存します。したがって、顆粒細胞は異なる苔状繊維からの情報を統合し、活動の新しいパターンを生成することができます。

小脳顆粒細胞への登山線維入力

コケに覆われた細かい入力のさまざまなパターンは、クライミングファイバー入力によって伝達されるティーチングシグナルによって修正できる、顆粒細胞の活動のユニークなパターンを生成します。デビッド・マーとジェームズ・アルバスは、小脳が適応フィルターとして動作し、感覚入力の性質に基づいて運動行動を変えることを示唆した。

複数の（〜200,000）顆粒細胞が単一のプルキンエ細胞にシナプス結合するため、各平行線維の効果は、登山線維入力からの「教師信号」に応じて変更できます。

異なる顆粒細胞の特定の機能

デビッド・マーは、顆粒細胞は苔状の繊維入力の組み合わせをコード化することを提案しました。顆粒細胞が応答するためには、複数の苔状線維からアクティブな入力を受け取る必要があります。複数の入力の組み合わせにより、小脳は単一の苔状繊維が許容するよりも正確に入力パターンを区別できます。小脳顆粒細胞は、脳内に見られるGABAの周囲レベルと関連して睡眠を制御する強壮性コンダクタンスを調整する役割も果たします。

海馬からの歯状回ニューロンの喪失は、空間記憶障害をもたらします。したがって、歯状顆粒細胞は空間記憶の形成に機能すると考えられています。未成熟および成熟した歯状顆粒細胞は、記憶機能において異なる役割を果たします。成人生まれの顆粒細胞はパターン分離に関与していると考えられていますが、古い顆粒細胞は迅速なパターン完成に貢献しています。

一次聴覚皮質からの錐体細胞は、ch牛核に直接投射します。これは、錐体細胞が二次配向反射を調節し、顆粒細胞入力が適切な配向に関与する音響驚le反射において重要です。これは、顆粒細胞が受信した信号に頭部の位置に関する情報が含まれているためです。背側co牛神経核の顆粒細胞は、私たちの環境の音に対する知覚と反応に役割を果たします。

嗅球で最も一般的なGABA作動性細胞型である顆粒細胞によって生成される阻害は、嗅球の出力の形成に重要な役割を果たします。 GABA作動性顆粒細胞が受け取る興奮性入力には2つのタイプがあります。 AMPA受容体によって活性化されるものとNMDA受容体によって活性化されるもの。これにより、顆粒細胞は嗅球の感覚入力の処理を調節できます。嗅球は嗅覚情報を鼻から脳に伝達するため、適切な嗅覚を得るために必要です。嗅球の顆粒細胞は、香りに関連する記憶を形成する上でも重要であることがわかっています。

機能の重要な要因

カルシウムダイナミクスは、膜電位の変化、シナプス可塑性、アポトーシス、遺伝子転写の調節など、顆粒細胞のいくつかの機能に不可欠です。嗅球顆粒細胞棘のシナプス前およびシナプス後機能を制御するカルシウム信号の性質はほとんど知られていない。

顆粒ニューロンには、一酸化窒素合成酵素のニューロンアイソフォームが高レベルで含まれています。この酵素はカルシウムの存在に依存しており、一酸化窒素（NO）の生成に関与しています。この神経伝達物質は、顆粒細胞前駆細胞増殖の負の調節因子であり、異なる顆粒細胞の分化を促進します。 NOは、顆粒細胞とグリア間の相互作用を調節し、顆粒細胞を損傷から保護するために不可欠です。 NOは、神経可塑性と運動学習にも関与しています。

疾患における役割

歯状顆粒細胞の形態変化

TrkBは、歯状顆粒細胞の正常なシナプス接続の維持に関与しています。 TrkBはまた、顆粒細胞の特定の形態（生物学）を調節するため、神経発達、神経可塑性、学習、てんかんの発達の調節に重要であると言われています。顆粒細胞のTrkB調節は、記憶障害および辺縁てんかんの予防に重要です。これは、歯状顆粒細胞が、健康および疾患における嗅内海馬回路の機能において重要な役割を果たすという事実によるものです。歯状顆粒細胞は、通常の学習と記憶に必要な構造である海馬への情報の流れを調節するために位置しています。

顆粒細胞の神経発生の減少

てんかんとうつ病の両方が、成人生まれの海馬顆粒細胞の生産の混乱を示しています。てんかんは、病気の初期の新しい細胞の生産の増加と関連していますが、異常な統合と病気の後期の生産の減少に関連しています。てんかんの発生中の成体生成細胞の異常な統合は、過剰な興奮性活動が海馬錐体細胞に到達することを妨げ、それにより発作を促進する歯状回の能力を損なう可能性があります。長引くてんかん発作は歯状顆粒細胞の神経新生を刺激します。これらの新たに生まれた歯状顆粒細胞は、てんかん発生に関連する海馬ネットワークの可塑性をもたらす異常な接続をもたらす可能性があります。

より短い顆粒細胞樹状突起

アルツハイマー病にかかっている患者は、より短い顆粒細胞樹状突起を持っています。さらに、樹状突起は、アルツハイマー病に罹患していない患者の樹状突起よりも枝分かれが少なく、棘が少なかった。しかし、顆粒細胞樹状突起は老人斑の必須成分ではなく、これらの斑は歯状回の顆粒細胞に直接影響を与えません。歯状顆粒細胞の特定の神経原線維の変化は、アルツハイマー病、レビー小体型および進行性核上性麻痺を患っている患者に起こります。