Microglia-neuron interactions in the electrophysiological domain : can microglia respond directly to electrical signals?
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2019 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | eng |
Título da fonte: | Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
Texto Completo: | http://hdl.handle.net/10400.14/31508 |
Resumo: | A microglia é um tipo de célula com um comportamento dinâmico, que está constantemente a analisar a sua vizinhança e a alterar a sua morfologia para se adaptar ao microambiente onde está inserida. Apesar de serem conhecidas como células eletricamente não excitáveis, as funções da microglia parecem estar extremamente coordenadas com o estado funcional das redes neuronais, o que sugere a existência de uma íntima comunicação com os neurónios. Embora esta comunicação, através de sinais químicos, já ter sido alvo de muitos estudos, ainda não é claro se a microglia tem a capacidade de monitorizar outro tipo de sinais, nomeadamente sinais elétricos. In vivo, a microglia estabelece contactos regulares e transientes (durante 4-5 min) com as estruturas pré- e pós-sinápticas neuronais, sendo a duração destes contactos regulada pelo perfil de atividade neuronal. Além disso, a sua morfologia e o perfil de expressão genética também são modulados pelo nível de atividade neuronal. Estes factos indicam que a comunicação microglia-neurónio é sincronizada de modo a manter a funcionalidade e a homeostasia do SNC. Um elemento relevante, é que a microglia expressa diferentes tipos de canais iónicos dependentes de voltagem, tendo alguns destes canais, funções focadas na regulação do potencial de repouso da membrana e concentrações iónicas intracelulares. Estes canais iónicos dependentes de voltagem deixam em aberto a possibilidade de deteção direta de potenciais elétricos neuronais. Esta interação elétrica continua, porém, inexplorada. Portanto, este trabalho tem como objetivo investigar de que forma as propriedades elétricas do microambiente, para além da sinalização química, afetam a dinâmica da microglia. Por outras palavras, pretende-se decifrar se a microglia consegue detetar a atividade elétrica neuronal, e explorar os mecanismos envolvidos nessa deteção. Para investigar essa possível capacidade, foram utilizadas câmaras de galvanotaxia, para estudar as mudanças de comportamento da microglia quando sujeitas a campos elétricos compatíveis com as condições fisiológicas. Campos elétricos de 40 e 400 V/m foram aplicados à microglia durante 6 ou 24 horas, e as mudanças morfológicas observadas na microglia foram quantificadas através de análise de imagem. Para o campo elétrico de 40 V/m, observou-se um aumento da área e uma diminuição da irregularidade da membrana da microglia, ao longo do tempo. Por sua vez, o campo elétrico de 400 V/m, em ambos os períodos de tempo estudados, causou um aumento das protusões citoplasmáticas e nenhuma alteração na área da microglia O impacto de compostos bioativos (secretoma) resultante de diferentes perfis de atividade neuronal na microglia foi igualmente investigado. O meio condicionado neuronal (NCM) foi extraído de culturas neuronais funcionalmente ativas, em diferentes estados de maturação in vitro, e foi exposto à microglia durante 24 ou 48 horas. O tratamento com NCM resultou num aumento da área da microglia e numa tendência para um aumento da ramificação destas células. Em conclusão, este estudo mostrou que a microglia, tem a capacidade de detetar campos elétricos. Os mecanismos que levam à sua alteração morfológica na presença de campos elétricos ainda está por ser investigada. Trabalhos futuros poderão explorar estes mecanismos através do estudo da expressão de marcadores de ativação. |
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Microglia-neuron interactions in the electrophysiological domain : can microglia respond directly to electrical signals?Interação microglia-neurónioAtividade elétrica neuronalCampos elétricosMorfometriaAnálise de imagemCâmaras de galvanotaxiaMicroglia-neuron interactionNeuronal electrical activityElectric fieldMorphometryImage analysisGalvanotaxis chambersDomínio/Área Científica::Ciências Médicas::Biotecnologia MédicaA microglia é um tipo de célula com um comportamento dinâmico, que está constantemente a analisar a sua vizinhança e a alterar a sua morfologia para se adaptar ao microambiente onde está inserida. Apesar de serem conhecidas como células eletricamente não excitáveis, as funções da microglia parecem estar extremamente coordenadas com o estado funcional das redes neuronais, o que sugere a existência de uma íntima comunicação com os neurónios. Embora esta comunicação, através de sinais químicos, já ter sido alvo de muitos estudos, ainda não é claro se a microglia tem a capacidade de monitorizar outro tipo de sinais, nomeadamente sinais elétricos. In vivo, a microglia estabelece contactos regulares e transientes (durante 4-5 min) com as estruturas pré- e pós-sinápticas neuronais, sendo a duração destes contactos regulada pelo perfil de atividade neuronal. Além disso, a sua morfologia e o perfil de expressão genética também são modulados pelo nível de atividade neuronal. Estes factos indicam que a comunicação microglia-neurónio é sincronizada de modo a manter a funcionalidade e a homeostasia do SNC. Um elemento relevante, é que a microglia expressa diferentes tipos de canais iónicos dependentes de voltagem, tendo alguns destes canais, funções focadas na regulação do potencial de repouso da membrana e concentrações iónicas intracelulares. Estes canais iónicos dependentes de voltagem deixam em aberto a possibilidade de deteção direta de potenciais elétricos neuronais. Esta interação elétrica continua, porém, inexplorada. Portanto, este trabalho tem como objetivo investigar de que forma as propriedades elétricas do microambiente, para além da sinalização química, afetam a dinâmica da microglia. Por outras palavras, pretende-se decifrar se a microglia consegue detetar a atividade elétrica neuronal, e explorar os mecanismos envolvidos nessa deteção. Para investigar essa possível capacidade, foram utilizadas câmaras de galvanotaxia, para estudar as mudanças de comportamento da microglia quando sujeitas a campos elétricos compatíveis com as condições fisiológicas. Campos elétricos de 40 e 400 V/m foram aplicados à microglia durante 6 ou 24 horas, e as mudanças morfológicas observadas na microglia foram quantificadas através de análise de imagem. Para o campo elétrico de 40 V/m, observou-se um aumento da área e uma diminuição da irregularidade da membrana da microglia, ao longo do tempo. Por sua vez, o campo elétrico de 400 V/m, em ambos os períodos de tempo estudados, causou um aumento das protusões citoplasmáticas e nenhuma alteração na área da microglia O impacto de compostos bioativos (secretoma) resultante de diferentes perfis de atividade neuronal na microglia foi igualmente investigado. O meio condicionado neuronal (NCM) foi extraído de culturas neuronais funcionalmente ativas, em diferentes estados de maturação in vitro, e foi exposto à microglia durante 24 ou 48 horas. O tratamento com NCM resultou num aumento da área da microglia e numa tendência para um aumento da ramificação destas células. Em conclusão, este estudo mostrou que a microglia, tem a capacidade de detetar campos elétricos. Os mecanismos que levam à sua alteração morfológica na presença de campos elétricos ainda está por ser investigada. Trabalhos futuros poderão explorar estes mecanismos através do estudo da expressão de marcadores de ativação.Microglia are highly dynamic cells that constantly scan their surroundings and undergo changes in their morphology to adapt to their microenvironment. Although known as nonexcitable cells, microglia functions seem to be highly coordinated with the neuronal activity levels, suggesting the existence of a very close signaling crosstalk with neurons. This communication in terms of chemical signals, has been the focus of many studies but, it is still unknown if microglia have the capacity to detect other kind of signals, namely electrical signals. In vivo, microglia regularly establish transient contacts (for 4-5 min) with pre- and postsynaptic neuronal structures, being the frequency and duration of such contacts dependent on neuronal activity profile. Their morphology and gene expression profile are also shaped by neuronal activity. This indicates that microglia-neuron work in synchrony to maintain the functional and structural CNS homeostasis. Moreover, microglia express different types of voltage-gated ion channels. Some of these channels have the function of regulating the membrane rest potential and intracellular ionic concentrations. These voltage-gated ion channels open the possibility of microglia to be able to sense directly the neuronal electrical activity. Yet, this interaction remains unexplored in what regards its electrical dependence. Therefore, this work aims to investigate how the electrophysiological microenvironment, beyond the chemical signaling, impacts microglia dynamics. In other words, one aims to decipher if microglia can perceive the electrical activity per se and, explore the mechanisms by which it may occur. To investigate this capacity, it were used galvanotaxis chambers to study the microglia behavior changes when exposed to electric fields (EF) compatible with the physiologic conditions. EFs of 40 or 400 V/m were applied to microglia for 6 or 24 h and the microglia morphological changes were quantified by image analysis. For the 40 V/m applied EF, one observed an increase in microglia area and a decrease in cell membrane irregularity, with time. The EF of 400 V/m, at both time points, resulted in an increase of the cytoplasmatic protrusions in the microglia but no change in the microglia cell area. The impact of bioactive compounds (secretome) resultant from different neuronal network activity profiles on microglia behavior were also investigated. Neuronconditioned medium (NCM) was extracted from functionally active neuron cultures, at different stages of maturation in vitro, and exposed to microglia for 24 or 48h. NCMviii treatment resulted in an increase in microglia area and a tendency to these cells to become more ramified. In conclusion, this study showed that microglial cells are capable of detecting EFs. The mechanisms by which microglia change their morphology in the presence of EFs are still under investigation. Future work may explore these mechanisms by evaluating the expression of microglia activation markers.Lopes, Cátia Daniela Carvalho FerreiraAguiar, Paulo de CastroVeritati - Repositório Institucional da Universidade Católica PortuguesaSousa, Sílvia Maria Vasconcelos2020-12-16T11:44:03Z2019-12-1920192019-12-19T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10400.14/31508TID:202469123enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-07-12T17:36:55Zoai:repositorio.ucp.pt:10400.14/31508Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T18:25:18.437345Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse |
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A microglia é um tipo de célula com um comportamento dinâmico, que está constantemente a analisar a sua vizinhança e a alterar a sua morfologia para se adaptar ao microambiente onde está inserida. Apesar de serem conhecidas como células eletricamente não excitáveis, as funções da microglia parecem estar extremamente coordenadas com o estado funcional das redes neuronais, o que sugere a existência de uma íntima comunicação com os neurónios. Embora esta comunicação, através de sinais químicos, já ter sido alvo de muitos estudos, ainda não é claro se a microglia tem a capacidade de monitorizar outro tipo de sinais, nomeadamente sinais elétricos. In vivo, a microglia estabelece contactos regulares e transientes (durante 4-5 min) com as estruturas pré- e pós-sinápticas neuronais, sendo a duração destes contactos regulada pelo perfil de atividade neuronal. Além disso, a sua morfologia e o perfil de expressão genética também são modulados pelo nível de atividade neuronal. Estes factos indicam que a comunicação microglia-neurónio é sincronizada de modo a manter a funcionalidade e a homeostasia do SNC. Um elemento relevante, é que a microglia expressa diferentes tipos de canais iónicos dependentes de voltagem, tendo alguns destes canais, funções focadas na regulação do potencial de repouso da membrana e concentrações iónicas intracelulares. Estes canais iónicos dependentes de voltagem deixam em aberto a possibilidade de deteção direta de potenciais elétricos neuronais. Esta interação elétrica continua, porém, inexplorada. Portanto, este trabalho tem como objetivo investigar de que forma as propriedades elétricas do microambiente, para além da sinalização química, afetam a dinâmica da microglia. Por outras palavras, pretende-se decifrar se a microglia consegue detetar a atividade elétrica neuronal, e explorar os mecanismos envolvidos nessa deteção. Para investigar essa possível capacidade, foram utilizadas câmaras de galvanotaxia, para estudar as mudanças de comportamento da microglia quando sujeitas a campos elétricos compatíveis com as condições fisiológicas. Campos elétricos de 40 e 400 V/m foram aplicados à microglia durante 6 ou 24 horas, e as mudanças morfológicas observadas na microglia foram quantificadas através de análise de imagem. Para o campo elétrico de 40 V/m, observou-se um aumento da área e uma diminuição da irregularidade da membrana da microglia, ao longo do tempo. Por sua vez, o campo elétrico de 400 V/m, em ambos os períodos de tempo estudados, causou um aumento das protusões citoplasmáticas e nenhuma alteração na área da microglia O impacto de compostos bioativos (secretoma) resultante de diferentes perfis de atividade neuronal na microglia foi igualmente investigado. O meio condicionado neuronal (NCM) foi extraído de culturas neuronais funcionalmente ativas, em diferentes estados de maturação in vitro, e foi exposto à microglia durante 24 ou 48 horas. O tratamento com NCM resultou num aumento da área da microglia e numa tendência para um aumento da ramificação destas células. Em conclusão, este estudo mostrou que a microglia, tem a capacidade de detetar campos elétricos. Os mecanismos que levam à sua alteração morfológica na presença de campos elétricos ainda está por ser investigada. Trabalhos futuros poderão explorar estes mecanismos através do estudo da expressão de marcadores de ativação. |
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