S-a descoperit o nouă funcție îndeplinită de aproape jumătate din celulele creierului

Relua: Eliberarea ionilor de potasiu din 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 din creier.

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

Totul 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 erau membri importanți, dar minori, ai acestei activități. 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 reacționează la răni.

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

„Activitatea electrică a astrocitelor schimbă modul în care funcționează neuronii”, 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 naturii.

„Am descoperit un nou mod prin care două dintre cele mai importante celule din creier comunică între ele. Deoarece nu se cunosc atât de multe despre modul în care funcționează creierul, descoperirea de noi procese fundamentale care controlează funcția creierului este cheia dezvoltării de noi tratamente pentru bolile neurologice.”

În plus față de Dulla și autorul principal Moritz Armbruster, alți autori ai studiului 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 la Tufts Graduate School of Biomedical Sciences; și cercetători din alte instituții.

Pentru a face descoperirea, echipa a folosit o tehnologie complet nouă pentru a concepe o tehnică care le permite să vadă și să studieze proprietățile electrice ale interacțiunilor celulelor creierului, care nu puteau fi observate înainte.

„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 apar instrumente mai bune, de exemplu noi senzori fluorescenți sunt în curs de dezvoltare constant, vom obține o mai bună înțelegere a lucrurilor la care nici măcar nu ne-am gândit înainte”.

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

Dulla descrie astrocitele ca „se asigură că totul este copacetic în creier și, dacă ceva nu merge bine, dacă există o rană sau o infecție virală, o detectează, încearcă să răspundă și apoi încearcă să protejeze creierul de insulte. 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, care ajută la asigurarea ca neuronii să rămână 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 vorbesc între ei într-un mod care nu era cunoscut înainte”, spune el.

Impactul asupra cercetărilor viitoare

Descoperirea diafoniei între astrocite și neuroni ridică numeroase 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 fundamentală, explică Dulla. Probleme similare apar cu leziuni cerebrale traumatice și epilepsie. De ani de zile, oamenii de știință s-au gândit că poate problema se datorează unei proteine ​​lipsă sau unei mutații care face ca o proteină să nu funcționeze.

„Acumularea extracelulară de potasiu în creier a fost emisă pentru a contribui la patologiile epilepsiei și migrenei”, spune Armbruster. „Acest nou studiu ne oferă o mai bună înțelegere a modului în care 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: Sienna Fried

Cercetătorii evaluează acum medicamentele existente pentru a vedea dacă pot manipula interacțiunile dintre neuroni și astrocite. „Făcând acest lucru, putem într-o zi să ajutăm oamenii să învețe mai repede sau mai bine? Putem repara o leziune cerebrală atunci când apare? întreabă Doula.

Noua tehnologie folosită pentru a face această descoperire nu numai că deschide noi moduri de a gândi despre activitatea astrocitelor, dar oferă și noi abordări ale activității imagistice în tot creierul. Până acum, 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, tulburările de dezvoltare și o gamă largă de diferite boli neurologice”.

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 atribuită Sienei Fried.

cercetare originală: Acces închis.
„Activitatea neuronală conduce depolarizarea specifică căii a proceselor astrocitelor periferice” de Moritz Armbruster și colab. neuroștiința naturii


Relua

Vezi si

Aceasta arată un culoar într-un magazin alimentar.

Activitatea neuronală determină 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.

Eliminarea astrocitelor atât a glutamatului, cât și a K+ depinde de tensiune, dar potențialul de membrană al astrocitelor (vmetru) este considerat a fi în mare măsură invariant. Ca rezultat, aceste dependențe de tensiune nu au fost considerate relevante pentru funcția astrocitară.

Utilizați indicatori de tensiune codificați genetic pentru a permite măsurarea vmetru în 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 transportatori electrogeni de glutamat.

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

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

Add Comment