Descoperirea unei noi funcții îndeplinite de aproape jumătate din celulele creierului

Rezumat: Eliberarea ionilor de potasiu de către neuroni încarcă activitatea electrică a astrocitelor, permițând controlul neurotransmisiei. Diafonia astrocite-neuron ridică întrebări despre cum funcționează interacțiunea în patologia creierului și implicațiile pentru memorie și învățare.

Sursă: Universitatea Tufts

Cercetătorii de la Tufts University School of Medicine au descoperit o funcție necunoscută anterior îndeplinită de un tip de celulă care cuprinde aproape jumătate din toate celulele creierului.

Oamenii de știință spun că această descoperire la șoareci a unei noi funcții a celulelor numite astrocite deschide o direcție cu totul nouă pentru cercetarea în neuroștiință, care ar putea duce într-o zi la tratamente pentru multe tulburări, de la epilepsie la boala Alzheimer, Alzheimer până la leziuni cerebrale traumatice.

Se reduce la modul în care astrocitele interacționează cu neuronii, care sunt celule fundamentale ale creierului și ale sistemului nervos care primesc informații din lumea exterioară. Printr-un set complex de semnale electrice și chimice, neuronii transmit informații între diferite zone ale creierului și între creier și restul sistemului nervos.

Până acum, oamenii de știință credeau că astrocitele sunt importante, dar mai puțin implicate în această activitate. Astrocitele ghidează creșterea axonilor, proiecția lungă și subțire a unui neuron care conduce impulsurile electrice. De asemenea, controlează neurotransmițătorii, substanțe chimice care permit transferul semnalelor electrice în creier și în sistemul nervos. În plus, astrocitele construiesc bariera hemato-encefalică și răspund la răni.

Dar ei nu păreau să fie activi electric ca cei mai importanți neuroni – până acum.

„Activitatea electrică a astrocitelor modifică funcționarea neuronilor”, spune Chris Dulla, profesor asociat de neuroștiințe la Școala de Medicină și Școala Absolventă de Științe Biomedicale și autor corespondent al unei lucrări publicate astăzi de Neuroștiința naturală.

„Am descoperit un nou mod în care două dintre cele mai importante celule din creier vorbesc între ele. Deoarece există atât de multe necunoscute despre modul în care funcționează creierul, descoperirea de noi procese fundamentale care controlează funcția creierului este cheia pentru dezvoltarea de noi tratamente pentru bolile neurologice.

Pe lângă Dulla și autorul principal Moritz Armbruster, alți autori de studiu includ Saptarnab Naskar, Mary Sommer, Elliot Kim și Philip G. Haydon de la Tufts University School of Medicine; Jacqueline P. Garcia de la programul de biologie celulară, moleculară și de dezvoltare de la Tufts Graduate School of Biomedical Sciences; și cercetători din alte instituții.

Pentru a face această descoperire, echipa a folosit o tehnologie nou-nouță pentru a proiecta o tehnică care le permite să vadă și să studieze proprietățile electrice ale interacțiunilor celulelor creierului, care anterior nu puteau fi observate.

„Cu aceste noi instrumente, am descoperit în esență aspecte complet noi ale biologiei”, spune Armbruster, profesor asistent de cercetare în neuroștiințe la Școala de Medicină. „Pe măsură ce sosesc instrumente mai bune – de exemplu, noi senzori fluorescenți sunt în curs de dezvoltare constant – vom avea o mai bună înțelegere a lucrurilor la care nici măcar nu ne-am gândit înainte”.

„Noua tehnologie reprezintă activitatea electrică cu lumină”, spune Dulla. „Neuronii sunt foarte activi din punct de vedere electric, iar tehnologia nouă ne permite să vedem că astrocitele sunt, de asemenea, active electric.”

Dulla descrie astrocitele ca „asigurându-se că totul este copacetic în creier și, dacă ceva nu este în regulă, dacă există o rănire sau o infecție virală, o preia, încearcă să reacționeze și apoi încearcă să protejeze creierul împotriva insultelor. Ceea ce vrem să facem în continuare este să stabilim cum se schimbă astrocitele atunci când apar aceste insulte.

Comunicarea neuron-la-neuron are loc prin eliberarea de pachete de substanțe chimice numite neurotransmițători. Oamenii de știință știau că astrocitele controlează neurotransmițătorii, ajutând la asigurarea faptului că neuronii rămân sănătoși și activi. Dar noul studiu dezvăluie că neuronii eliberează și ioni de potasiu, care modifică activitatea electrică a astrocitelor și modul în care controlează neurotransmițătorii.

“Așadar, neuronul controlează ceea ce face astrocitul și ei comunică înainte și înapoi. Neuronii și astrocitele comunică între ele într-un mod care era necunoscut anterior”, spune el.

Impactul asupra cercetărilor viitoare

Descoperirea diafoniei astrocite-neuron ridică multe întrebări despre modul în care interacțiunile funcționează în patologia creierului și în dezvoltarea învățării și a memoriei. „Ne face să regândim tot ceea ce fac astrocitele și modul în care faptul că astrocitele sunt active din punct de vedere electric poate influența o gamă largă de boli neurologice”, spune el.

De exemplu, în boala Alzheimer, astrocitele nu controlează neurotransmițătorii, chiar dacă aceasta este munca lor de bază, explică Dulla. Probleme similare apar cu leziuni cerebrale traumatice și epilepsie. De ani de zile, oamenii de știință au crezut că problema ar putea fi cauzată de o proteină lipsă sau de o mutație care împiedică o proteină să funcționeze.

„Acumularea extracelulară de potasiu în creier a fost emisă pentru a contribui la patologiile epilepsiei și migrenei”, spune Armbruster. „Acest nou studiu ne permite să înțelegem mai bine cum astrocitele elimină această acumulare și ajută la menținerea unui echilibru de excitare”.

Cercetătorii de la Universitatea Tufts au descoperit activitatea electrică a astrocitelor din creier. Credit: Siena Fried

Cercetătorii examinează în prezent medicamentele existente pentru a vedea dacă pot manipula interacțiunile neuron-astrocite. „Făcând acest lucru, putem ajuta vreodată oamenii să învețe mai repede sau mai bine? Putem repara leziunile cerebrale atunci când apar? întreabă Dulla.

Noua tehnologie folosită pentru a face această descoperire nu numai că deschide noi moduri de a gândi despre activitatea astrocitelor, ci oferă și noi abordări pentru activitatea de imagistică la nivelul creierului. Anterior, nu exista nicio modalitate de a imagina activitatea potasiului în creier, de exemplu, sau de a studia modul în care potasiul este implicat în somn, metabolism sau leziuni și infecții la nivelul creierului.

„Dăm aceste instrumente altor laboratoare, astfel încât acestea să poată folosi aceleași teste și tehnici pentru a studia întrebările la care le pasă”, spune el. „Oamenii de știință obțin instrumente pentru a studia durerile de cap, respirația, dizabilitățile de dezvoltare și o gamă largă de boli neurologice diferite”.

Despre această știre de cercetare în neuroștiință

Autor: oficiu de presa
Sursă: Universitatea Tufts
A lua legatura: Biroul de presă – Universitatea Tufts
Imagine: Imaginea este creditată către Siena Fried

Cercetare originală: Accesul închis.
„Activitatea neuronală conduce depolarizarea specifică căii a proceselor astrocitelor periferice” de Moritz Armbruster și colab. Neuroștiința naturală


Abstract

Vezi si

Aceasta arată un culoar într-un magazin alimentar

Activitatea neuronală duce la depolarizarea specifică căii a proceselor astrocitelor periferice

Astrocitele sunt celule gliale care interacționează cu sinapsele neuronale prin procesele lor distale, unde elimină glutamatul și potasiul (K).+) din spațiul extracelular în urma activității neuronale.

Clearance-ul astrocitar al glutamatului și K+ depinde de tensiune, dar potențialul de membrană al astrocitelor (Vm) este considerat a fi în mare măsură invariant. În consecință, aceste dependențe de tensiune nu au fost considerate relevante pentru funcția astrocitelor.

Utilizarea indicatorilor de tensiune codificați genetic pentru a permite măsurarea Vm La procesele astrocitelor periferice (PAP) la șoareci, raportăm depolarizări mari, rapide, focale și specifice căii în PAP în timpul activității neuronale.

Aceste depolarizări astrocitelor dependente de activitate sunt determinate de K presinaptic mediat de potențialul de acțiune.+ eflux și transportori electrogeni ai glutamatului.

Am descoperit că depolarizarea PAP inhibă clearance-ul glutamatului din astrocite în timpul activității neuronale, sporind activarea neuronală de către glutamat.

Aceasta reprezintă o nouă clasă de dinamică a membranei subcelulare astrocitelor și o nouă formă de interacțiune astrocit-neuron.

Add Comment