Odkrycie mechanizmu zwiększania energii mózgu

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:

  1. Astrocyty odgrywają kluczową rolę w dostarczaniu energii neuronom podczas czynności o dużym zapotrzebowaniu.
  2. Cząsteczka adenozyny jest niezbędna do aktywacji metabolizmu glukozy w astrocytach.
  3. 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.

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. Prawa autorskie: Neuroscience News

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”.

READ  Astronomowie i entuzjaści kosmosu na swoich ulubionych egzoplanetach

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”.

READ  Naukowcy twierdzą, że asteroida Bennu ma zaskakującą wodnistą przeszłość

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.

READ  Fizycy z Princeton odkrywają tajemnice magnetyzmu kinetycznego

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.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *