streszczenie: Naukowcom udało się zidentyfikować kluczowy mechanizm wykrywania, kiedy mózg potrzebuje zastrzyku energii, co obejmuje astrocyty i cząsteczkę adenozyny. Odkrycie to może prowadzić do nowych metod leczenia pozwalających zachować zdrowie i długowieczność mózgu, zwłaszcza w walce z zaburzeniami funkcji poznawczych i chorobami neurodegeneracyjnymi.
Badanie wykazało, że astrocyty monitorują aktywność neuronów i aktywują szlaki dostarczające mózgowi energię, zapewniając jego wydajne funkcjonowanie. Odkrycie to oferuje potencjalne metody leczenia takich schorzeń jak choroba Alzheimera.
Kluczowe fakty:
- Astrocyty odgrywają kluczową rolę w dostarczaniu energii neuronom podczas czynności o dużym zapotrzebowaniu.
- Cząsteczka adenozyny jest niezbędna do aktywacji metabolizmu glukozy w astrocytach.
- Wyłączenie tego mechanizmu zwiększania energii upośledza funkcjonowanie mózgu, pamięć i sen.
źródło: University College London
Kluczowy mechanizm pozwalający określić, kiedy mózg potrzebuje dodatkowego zastrzyku energii do wsparcia swojej aktywności, został zidentyfikowany w badaniu przeprowadzonym na myszach i komórkach, prowadzonym przez naukowców z Uniwersytetu Londyńskiego.
Naukowcy twierdzą, że ich wyniki, które opublikowano w… NaturaOdkrycie to może pomóc nam w opracowaniu nowych metod leczenia utrzymujących zdrowie i długowieczność mózgu, ponieważ inne badania wykazały, że metabolizm energetyczny mózgu może zostać zakłócony w późnym wieku i przyczynić się do pogorszenia funkcji poznawczych i rozwoju chorób neurodegeneracyjnych.
Główny autor, profesor Alexander Gorin (neuronauka, fizjologia i farmakologia, University College London) powiedział: „Nasze mózgi składają się z miliardów neuronów, które współpracują w celu koordynowania wielu funkcji i wykonywania złożonych zadań, takich jak kontrolowanie ruchu, uczenie się i tworzenie wspomnień. Wszystkie te obliczenia wymagają dużej energii i wymagają stałego dopływu składników odżywczych i tlenu.
„Kiedy nasz mózg jest najbardziej aktywny, na przykład podczas wykonywania wymagającego wysiłku umysłowego, potrzebuje natychmiastowego zastrzyku energii, ale dokładne mechanizmy, które zapewniają, że aktywne obszary mózgu są lokalnie zaopatrywane w energię metaboliczną na żądanie, nie są w pełni poznane”.
Poprzednie badania wykazały, że wiele komórek mózgowych zwanych astrocytami odgrywa rolę w dostarczaniu neuronom w mózgu potrzebnej im energii. Astrocyty, które mają kształt gwiazd, są rodzajem komórek glejowych, które są komórkami nieneuronalnymi występującymi w ośrodkowym układzie nerwowym.
Kiedy sąsiednie neurony potrzebują zwiększenia dostaw energii, astrocyty szybko interweniują, aktywując własne zapasy glukozy i metabolizując je, co prowadzi do zwiększonej produkcji i uwalniania mleczanu. Mleczan uzupełnia pulę energii łatwo dostępnej do wykorzystania przez neurony w mózgu.
Profesor Gorin wyjaśnił: „W naszym badaniu odkryliśmy dokładnie, w jaki sposób astrocyty są w stanie monitorować zużycie energii przez sąsiednie neurony i inicjować ten proces, który dostarcza dodatkową energię chemiczną do przeciążonych obszarów mózgu”.
W serii eksperymentów z wykorzystaniem modeli mysich i próbek komórek badacze zidentyfikowali zestaw specyficznych receptorów w astrocytach, które mogą wykrywać i monitorować aktywność nerwową, stymulując szlak sygnalizacyjny obejmujący niezbędną cząsteczkę zwaną adenozyną.
Naukowcy odkryli, że metaboliczny szlak sygnalizacyjny aktywowany przez adenozynę w astrocytach jest tym samym szlakiem, który wykorzystuje zasoby energii w mięśniach i wątrobie, na przykład podczas ćwiczeń.
Adenozyna aktywuje metabolizm glukozy w astrocytach i dostarcza energię neuronom, aby zapewnić szybkie działanie funkcji synaptycznych (neuroprzekaźników przekazujących sygnały komunikacyjne między komórkami) w warunkach wysokiego zapotrzebowania na energię lub jej niskiego zaopatrzenia.
Naukowcy odkryli, że po dezaktywacji kluczowych receptorów astrocytów u myszy aktywność mózgu zwierzęcia była mniej efektywna, co obejmowało znaczne upośledzenie metabolizmu mózgu, zaburzenia pamięci i snu, co pokazało, że zidentyfikowany przez nich szlak sygnalizacyjny jest niezbędny dla procesów takich jak uczenie się, zapamiętywanie i spać.
Pierwszy autor i współautor badania, dr Shafiq Thiparambil, który rozpoczął badania na Uniwersytecie Londyńskim przed przeprowadzką na Uniwersytet w Lancaster, powiedział: „Identyfikacja tego mechanizmu może mieć szersze implikacje, ponieważ może być sposobem na leczenie chorób mózgu, w których regulacja energii mózgu jest obniżona, jak na przykład neurodegeneracja i demencja”.
Profesor Gorin dodał: „Wiemy, że równowaga energetyczna mózgu stopniowo słabnie wraz z wiekiem, a proces ten przyspiesza w przypadku rozwoju chorób neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera.
„Nasze badanie identyfikuje atrakcyjny, łatwy do leczenia cel i terapeutyczną szansę na uratowanie energii mózgu w celu ochrony jego funkcji, utrzymania zdrowia poznawczego i promowania długowieczności mózgu”.
Finansowanie: Naukowcy otrzymali wsparcie od Fundacji Wellcome, a w badaniu wzięli udział naukowcy z Uniwersytetu Londyńskiego, Uniwersytetu Lancaster, Imperial College London, King’s College London, Queen Mary University of London, University of Bristol, University of Warwick i University of Colorado .
O tym newsie z badań neurologicznych
autor: Chrisa Lynna
źródło: University College London
Komunikacja: Chris Lane – UCL
zdjęcie: Zdjęcie zaczerpnięte z Neuroscience News
Oryginalne wyszukiwanie: Otwarty dostęp.
„Sygnalizacja adenozyny do astrocytów koordynuje metabolizm i funkcjonowanie mózgu„Aleksander Gorin i in. Natura
podsumowanie
Sygnalizacja adenozyny do astrocytów koordynuje metabolizm i funkcjonowanie mózgu
Obliczenia mózgu wykonywane przez miliardy neuronów zależą od odpowiedniego i ciągłego dostarczania składników odżywczych i tlenu.
Astrocyty, wszechobecni sąsiedzi neurogleju i glejów, kontrolują wychwyt i metabolizm glukozy w mózgu, ale dokładne mechanizmy powiązań metabolicznych między neuronami i astrocytami, które zapewniają zaspokajanie potrzeb energetycznych neuronów na żądanie, nie są w pełni poznane.
Tutaj pokazujemy, stosując eksperymentalne modele zwierzęce in vitro i in vivo, że zależna od aktywności neuronalnej aktywacja metaboliczna astrocytów odbywa się za pośrednictwem neuromodulatora adenozyny działającego na receptory A2B astrocytów. Stymulacja receptora A2B angażuje klasyczną cykliczną kinazę białkową adenozyny 3′,5′-monofosforanu.
Szlak sygnalizacyjny prowadzący do szybkiej aktywacji metabolizmu glukozy w astrocytach i uwolnienia mleczanu, który uzupełnia łatwo dostępną pulę energii zewnątrzkomórkowej.
Eksperymentalne modele mysie obejmujące warunkową delecję genu kodującego receptor A2B w astrocytach wykazały, że sygnalizacja metaboliczna za pośrednictwem adenozyny jest niezbędna do utrzymania funkcji synaptycznej, szczególnie w warunkach wysokiego zapotrzebowania na energię lub jej niskiego zaopatrzenia.
Inaktywacja ekspresji receptorów A2B w astrocytach spowodowała poważne przeprogramowanie metabolizmu energetycznego mózgu, zapobiegając plastyczności synaptycznej w hipokampie i znacząco upośledzając pamięć rozpoznawania i zakłócając sen.
Dane te identyfikują receptor adenozyny A2B jako astrocytowy czujnik aktywności neuronowej i pokazują, że sygnalizacja cAMP w astrocytach reguluje metabolizm energetyczny mózgu, aby wspierać jego podstawowe funkcje, takie jak sen i pamięć.
„Amatorski przedsiębiorca. Profesjonalny ekspert od internetu. Człowiek zombie. Nieuleczalny badacz popkultury”.