Astrozyt
Astrozyten, Sternzellen oder auch Spinnenzellen (von griechisch; Kompositum aus astron ‚Stern‘ und kytos ‚Zelle‘) bilden die Mehrheit der Gliazellen im zentralen Nervensystem von Säugetieren und werden deshalb auch als Astroglia bezeichnet. Es sind stern- bzw. spinnenförmig verzweigte Zellen, deren Fortsätze Grenzmembranen zur Gehirnoberfläche (bzw. Pia mater) und zu den Blutgefäßen bilden.
Einteilung
Es sind zwei Typen von Astrozyten bekannt:
- Protoplasmatische Glia (Astrocytus protoplasmaticus – auch: Kurzstrahler) kommt vor allem in der Grauen Substanz vor.
- Faserglia (Astrocytus fibrosus – auch: Langstrahler) ist fibrillenreich und befindet sich vor allem in der Weißen Substanz. Im Elektronenmikroskop sind diese Zellen durch zahlreiche Mikrotubuli und intrazelluläre Faserstrukturen charakterisiert.
Zellarchitektur
Zellkörper
Astrozyten besitzen zahlreiche, radiär vom Zellkörper (10 bis 20 μm groß) verlaufende Zellfortsätze zur Bedeckung neuronaler Oberflächen wie Synapsen, Ranviersche Schnürringe oder nichtmyelinisierte Axone (diskontinuierlich).
Weiterhin bilden sie im ZNS Grenzstrukturen durch dichte Zusammenlagerung der Fortsätze und Zellkörper aus:
- Membrana limitans glialis perivascularis als Schicht um Blutgefäße.
- Membrana limitans glialis superficialis bildet eine Zellschicht, an welche die weiche Hirnhaut Pia mater nach außen hin anschließt.
Zellmembran
Die Zellmembran enthält Partikelkomplexe (12 nm groß), welche unter anderem aus Aquaporin 4 (Wasserkanalprotein) bestehen. Daneben existieren spannungsabhängige Ionenkanäle sowie Rezeptoren und Transporter für Neurotransmitter und Glucose (Glut1).
Zellkontakte
Astrozyten bilden untereinander ein enges Netzwerk durch Nexus, bestehend aus Connexin 43, was der elektrischen Kopplung der Zellen dient sowie mechanische Verknüpfungen durch Adhärenskontakte (Puncta adhaerentia).
Zellplasma
Das Zytoplasma ist hell, organellarm und enthält als Zytoskelettbestandteile Intermediärfilamente vom Typ Saures Gliafaserprotein GFAP. Glykogenpartikel stellen paraplasmatische Komponenten dar.
Funktion
- Astrozyten ernähren die Neuronen über Kontakte zu Blutgefäßen
- Astrozyten sind maßgeblich an der Flüssigkeitsregulation im Gehirn beteiligt und sorgen für die Aufrechterhaltung des Kalium-Haushaltes. Die während der Erregungsleitung in Nervenzellen frei werdenden Kalium-Ionen werden vor allem durch eine hohe Kalium-Leitfähigkeit und zum Teil auch durch K+ und Cl- Kotransporter in die Gliazellen aufgenommen. Über das weitmaschige Nexusnetzwerk können die Ionen auf andere Astrozyten übertragen werden, wodurch ein effizientes Puffersystem gebildet wird. Damit regulieren sie auch den extrazellulären pH-Haushalt im Gehirn. Durch Ligandenbindung (Glutamat) kann die Ionenverschiebung zusätzlich beeinflusst werden.
- Sie stehen weiterhin in direkter Interaktion mit Neuronen. Neurotransmitter wie unter anderem Glutamat, GABA und Glycin werden durch spezifische Transporter aufgenommen und durch enzymatische Aktivität in Zytoplasma und Mitochondrien modifiziert. Die Spaltprodukte können nach ihrer Abgabe in die extrazelluläre Matrix (ECM) von Neuronen aufgenommen und in den Terminalen wieder in synaptische Vesikel verpackt werden. Vor allem die Glutamatkonzentration, welche auf Neurone aufgrund postsynaptischer Übererregung zytotoxisch wirkt, wird so niedrig gehalten.
- Durch die Membrana limitans glialis perivascularis wird die endotheliale Blut-Hirn-Schranke induziert und aufrechterhalten.
- Astrozyten bilden nach Durchtrennung der Axone von Nervenzellen Glianarben, die maßgeblich daran beteiligt sind, das neuerliche Auswachsen der Axone zu verhindern. Dies ist ein zentrales Problem für Patienten mit Querschnittlähmung.
In Astrozyten kommt als Marker das Intermediärfilament GFAP (Glial fibrillary acidic protein ‚Saures Gliafaserprotein‘) vor, welches somit zum Nachweis von zentralnervösem Gewebe zum Beispiel in Fleischprodukten verwendet werden kann, was insbesondere in Hinblick auf BSE an Bedeutung gewonnen hat. Die Bildung des Proteins wird durch krankhafte Veränderungen im Hirngewebe verstärkt.
Pathologie
Hirntumoren, deren Tumorzellen histologisch den Astrozyten ähneln, werden als Astrozytome bezeichnet. Zu dieser Gruppe gehören gutartige Tumoren aber auch bösartige Tumoren wie das Glioblastom.
Neurogenin-2
Einige Astrozyten haben offenbar eine Art Stammzellenfunktion: In bestimmten Gehirnarealen wandeln sie sich in Neuronen um, sofern Bedarf besteht. Dieser Vorgang kann auch künstlich im Labor erfolgen: Schleust man den Bauplan für ein Protein namens Neurogenin-2 in kultivierte Astrozyten ein, zeigen die Zellen bereits nach kurzer Zeit die typische Form von Nervenzellen, inklusive funktionsfähiger Synapsen. Es kann sogar gesteuert werden, welche Art von Nervenzellen sich bilden soll, indem man andere Proteine, wie DLX2, einschleust. Allerdings ist es zurzeit noch völlig unklar, ob sich diese Laborergebnisse auch bei lebenden Organismen anwenden lassen.