Tanycyt

Ependymcellen: radiale ependymcellen (violet), kubusvormige ependymcellen (blauw) en tanycyten (oranje). Ruggenmergkanaal.
Hypothalamusnucleï met tanycytenuitlopers. 3 V, derde ventrikel; ARH, nucleus arcuatus; DMH, nucleus dorsomedialis; ME, eminentia mediana; VMH, nucleus ventromedialis

De tanycyt (ependymocytus columnaris) is een tot het ependym behorend celtype met lange basale uitlopers. Ze zijn het talrijkst in de derde ventrikel van de hersenen, worden ook gevonden in de vierde ventrikel en in het ruggenmerg. De lange uitlopers strekken zich uit door de laag astrocyten om de eminentia mediana te kruisen en axon-uiteinden te vormen op het neuropil en bloedvaten nabij de portale perivasculaire ruimte. Het neuropil is elk gebied in het zenuwstelsel dat voornamelijk bestaat uit ongemyeliniseerde axonen, dendrieten en uitlopers van gliacellen, en dat een synaptisch dicht gebied vormt met een relatief laag aantal cellichamen.

Bij volwassenen zijn tanycyten multipotente cellen die onder fysiologische omstandigheden neuronen en gliacellen genereren, en die in vitro ook neurosferen genereren. Er is aangetoond dat α2-tanycyten in vivo β-tanycyten genereren.

De sterk prismavormige tanycyten dragen apicaal microvilli, vaak ook een trilhaar en lopen basaal lang uit, dat zich bij de lagere dieren tot aan de membrana limitans gliae externae (buitenste gliagrensmembraan) uitstrekken kan.

De tanycyten zijn apicaal door zonulae occludentes met elkaar verbonden. Vele circumventriculaire organen worden door tanycyten gekenmerkt, bijvoorbeeld het organum subcommissurale aan de bovenkant van de derde ventrikel en de eminentia mediana aan de basis van de hypothalamus.

Tanycyten in het ruggenmergkanaal hebben een kort fenotype en liggen tussen kubische ependymcellen en langwerpige radiale ependymcellen. Ze zijn uitstralend vanuit het ruggenmergkanaal naar het oppervlak van het ruggenmerg. Deze tanycyten vertonen helder cytoplasma en een ovale, onregelmatige kern. De ependymale pool staat in contact met het ruggenmergkanaallumen en het hersenvocht, terwijl de basale pool verschillende korte uitlopers hebben die verwant zijn aan die van neuronen en gliacellen.

Functie

Een tanycyt heeft een enkel lang basaal uitsteeksel dat het hypothalamusparenchym binnendringt om contact te maken met bloedvaten en een reeks neuronen. De verschillende componenten van de uitsteeksels van de tanycyt, waaronder ribosomen, mitochondriën en transporteiwitten, duiden op communicatie tussen de tanycyten en bloedvaten, en tussen de tanycyten en neuronen. Deze interacties zijn geassocieerd met de regulatie van verschillende neuro-endocriene functies.

Tanycyten van de circumventriculair organen hebben apicale uitlopers die zich uitstrekken tot in het hersenvocht om de samenstelling ervan te controleren, en distale uitlopers die contact maken met gefenestreerde (met poriën) haarvaten om de uitwisseling van stoffen tussen het bloed en het hersenvocht te controleren.

In vivo is aangetoond dat tanycyten fungeren als een eetlustgevoelige neurogene niche. De neuronen in de hypothalamus waarop ze zich richten, bevinden zich in de nucleus arcuatus (ARH), de nucleus ventromedialis (VMH) en de nucleus dorsomedialis (DMH). De neuronen waarmee de tanycytuitsteeksels contact maken, omvatten orexigene en anorexigene neuronen die de energiebalans en de eetlust reguleren.

Uit onderzoek blijkt dat tanycyten de kloof overbruggen tussen het centraal zenuwstelsel (CZS) via het hersenvocht en het hypofysepoortaderbloed. Tanycyten vormen een structurele en functionele verbinding tussen het hersenvocht en de perivasculaire ruimte van de hypofysepoortaderen. In tegenstelling tot gewone ependymcellen zijn er tight junctions tussen hen en tussen hun aangrenzende ependymcellen. Er zijn ook desmosomen aanwezig die samen met de tight junctions structurele ondersteuning bieden.

Rol bij de afgifte van gonadotropine-releasing hormoon

Onderzoek uit 2005 en 2010 heeft aangetoond dat tanycyten deelnemen aan de afgifte van het gonadotropine-vrijzettend hormoon (GnRH). GnRH wordt afgegeven door GnRH-neuronen in de nucleus arcuatus in de hypothalamus. Deze zenuwvezels zijn geconcentreerd in het gebied dat precies overeenkomt met de verspreiding van β1-tanycyten. β1- en β2-tanycyten worden dichter bij de nucleus arcuatus en de eminentia mediana gevonden.

Subtypen

β2-tanycyten in de eminentia mediana van de muis
β2-tanycyten in de eminentia mediana van de muis. ECS: extracellulaire ruimte, j: tight junction, N: celkernen, m: mitochondriën, RER: ruw endoplsmatisch reticulum met cisternen, v: vesikels.

In de derde ventrikel zijn vijf verschillende subtypen van tanycytenpopulaties gevonden met een verschillende structuur, morfologie, genetica en functie.

α-tanycyten zijn kubusvormig met een ronde kern en los chromatine. Hun cytoplasma bevat veel polyribosomen en mitochondriën. Het golgicomplex bestaat uit weinig en kleine cisternen. De apicale pool van α-tanycyten hebben veel microvilli en bolvormige cytoplasmatische uitstulpingen op het oppervlak. Ze hebben veel gap junctions. Hun basale pool heeft een uitloper met veel mitochondriën, microtubuli, intermediaire filamenten en glad endoplasmatisch reticulum. Ze ontvangen geen synaptische of synaptoïde contacten op het soma of hun basale uitlopers.

β1-tanycyten bevinden zich in de onderste laterale wand van de derde ventrikel. Ze zijn cilindrisch van vorm met een langwerpige kern. Ze bevatten goed ontwikkelde golgi-cisternen en talrijke mitochondriën, evenals gecoate vesikels, gladde vesikels en endosomen. Het oppervlak van de apicale pool van β1-tanycyten, in contact met het ventrikellumen, vertoont overvloedige microvilli en kleine uitstulpingen. De proximale basale pool wordt ingenomen door een overvloed aan golgi-cisternen, gladde endoplasmatische reticulumcisternen, microtubuli en intermediaire filamenten. In het distale deel van het uitsteeksel heeft het een uniforme diameter en is het rijk aan polyribosomen, microtubuli en intermediaire filamenten. Tight junctions (zonula occludens) zijn aanwezig op dit distale niveau. Ze bevatten adherensverbindingen (zonula adhaerens) die over hun gehele celmembraan verspreid zijn. De β1-tanycyten-uitlopers omringen de axonterminalen volledig en scheiden ze van de perivasculaire ruimte van de capillairen van het hypothalamo-hypofysaire portaalsysteem. β2-tanycyten bekleden de bodem van de infundibulaire uitstulping van de derde ventrikel. Het zijn langwerpige, cilindrische cellen met een lange basale uitloper. Hun apicale oppervlak steekt niet uit in de derde ventrikel en vertoont slechts enkele microvilli. Aan de apicale pool vertonen β2-cellen tight junctions (zonula occludens) en adherens junctions (zonula adherens). Het apicale cytoplasma bevat clathrinevesikels en gladde vesikels die verspreid zijn over het celbraan en het cytoplasma. Het ruw endoplasmatisch reticulum heeft een overvloed aan cisternen. De basale pool, in het proximale segment, vertoont een goed ontwikkeld golgicomplex. De basale uiteinden van β2-tanycyten vormen clusters die verbonden zijn door adherensverbindingen (zonula adherens) en hebben contacten met neuronale uiteinden en capillairen van het hypothalamo-hypofysaire portaalsysteem in de eminentia mediana. Ze vertonen synaptoïde contacten over de gehele lengte van de basale uitloper, niet alleen in het preterminale gebied zoals bij β1-tanycyten. β1-tanycyten vormen de barrière van de nucleus arcuatus, die deze nucleus scheidt van de eminentia mediana. β2-tanycyten vormen de hersenvocht-hersenbarrière in de eminentia mediana, waardoor deze wordt geïsoleerd, en hun uitlopers maken direct contact met haarvaten die de gebruikelijke bloed-hersenbarrière van het centrale zenuwstelsel missen.

γ-tanycyten, β2-tanycyten, astrocyten, microglia en oligodendrocytvoorlopercel (OPC)

γ-tanycyten bekleden de eminentia mediana. Ze zijn een vermeend vijfde subtype van tanycyten, die eerder werden geïdentificeerd als astrocytische of subependymale tanycyten. Deze cellen lijken op β2-tanycyten, inclusief een overvloedig glad en ruw endoplasmatisch reticulum, maar hun apicale zijde maakt geen contact met de derde ventrikel, hun uitlopers zijn arm aan microtubuli en organellen, ze brengen onderscheidende markers tot expressie, waaronder pro-opiomelanocortine en bevatten lipidedruppels in het perikaryon, die mogelijk een bron zijn van de prostaglandinen in de eminentia mediana. Er is voorgesteld dat deze tanycyten opnieuw geclassificeerd zouden moeten worden als pituïcyten; hun positie, ultrastructuur en contacten suggereren dat ze relevant zijn voor neuro-endocriene controle.

Infundibulum
Tanycyten subtypen. AN = nucleus arcuatus

Naar een nieuwe classificatie van tanycyten?

(B) Tanycyten zijn ingedeeld in vier subtypes. (D) Veel genen vertonen echter een gradiënt, in plaats van een duidelijke verdeling over de tanycyten-subpopulaties.

Hoewel nuttig, is de classificatie in α- versus β-tanycyten een te simplistische generalisatie. Recente ontwikkelingen in ons begrip van de fysiologie van tanycyten suggereren dat de huidige classificatie niet langer toereikend is en herzien moet worden: het koppelen van één gen aan één functie aan één tanycytensubtype is behoorlijk lastig geworden, wat leidt tot verwarring binnen de wetenschappelijke gemeenschap. Zo worden β-tanycyten bijvoorbeeld geassocieerd met permeabele gefenestreerde vaten in de ME en α-tanycyten met BBB-capillairen in de ARH, de VMH en de DMH. De permeabiliteit van de vaten in de vmARH varieert echter afhankelijk van de energiestatus van het individu, wat betekent dat de status van de tanycyten die de vmARH bekleden, zou oscilleren tussen α- en β-fenotypen. De belangrijkste verklaring voor deze problemen is dat er intermediaire zones worden waargenomen langs de volwassen derde ventrikel ependymale laag waarin tanycyten-subtypen in elkaar grijpen, waardoor het moeilijk is om elk subtype betrouwbaar te onderscheiden. Hoewel specifieke kenmerken en merkergenen worden gebruikt om tanycyten-subtypen te scheiden, vertoonden veel genen een gradiënt in plaats van een duidelijke verdeling over de tanycyten-subtypen. Dit suggereert dat tanycyten mogelijk zijn opgebouwd uit continue celtrajecten met overgangszones tussen verschillende subtypen en dat er meer dan vier subtypen kunnen worden gedefinieerd. Bovendien kunnen tanycyten die tot een bepaald subtype behoren, interageren met verschillende neurale celtypen en verschillende neuronale populaties, wat mogelijk van invloed is op hun transcriptomische profielen en resulteert in verschillende subpopulatiegroepen binnen hetzelfde tanycyten-subtype. Ten slotte kunnen tanycyten ook een verdere mate van diversiteit binnen elk subtype vertonen, afhankelijk van de fysiologische status van het organisme. Het is daarom van cruciaal belang om een compleet beeld te schetsen van de moleculaire signatuur van tanycyten en daarmee hun classificatie te verbeteren. Dit vormt de volgende uitdaging in het begrijpen van de biologie en functies van tanycyten bij de regulatie van de energiebalans.

Uitloper

Langs de uitloper van elke tanycyte bevinden zich enkele ongebruikelijke uitstulpingen zoals stekels en zwellingen, en aan hun axon-uiteinden bevinden zich compacte eindknopjes en klauwen. De verschillende uitstulpingen bevatten bloedvaten en maken contact met verschillende neuronen en cellen. De uitstulpingen bevatten ribosomen, mitochondriën, diverse vesikels en transporteiwitten. Dit suggereert een nauwe communicatie tussen tanycyten en neuronen, en tussen tanycyten en bloedvaten.

Verschillende uitstulpingen langs de tanycytenuitlopers. (d–k) Uitstulpingen in tanycytenuitlopers, waaronder stekels (pijlpuntjes in d–f) en stekelcontacten (pijlen in e) binnen proximale uitlopers; zwellingen (sterren in h) en eind-axonen (lege pijlpunt in h,i) langs de uitloper; en compacte eindknopjes (lege pijlen in h–k), mouwen (> in j) en vorkvormig eind-axon (~ in k).