Nové výzkumy ukazují, že astrocyty jsou aktivními hráči v neuromodulaci

Kdysi se domníval, že hraje podpůrnou funkci v mozku, nový výzkum Publikováno v Věda ukazuje, že neuronální astrogliální buňky hrají vedoucí roli při regulaci aktivity neuronů a jejich spojení.

V roce 2019 vědci Janelia odkryté Kritická role gliových buněk nazývá radiální astrocyty při kontrole důležitého „vzdání se“ chování ze zebrafish. Zjistili, že astrocyty působí jako pult, a říkají rybám, aby přestaly plavat, když se nikam nedostane – chování pro přežití. Vědci však nevěděli, jak astrocyty komunikovaly s neurony, aby tuto akci kontrolovaly.

Vědci z Janelia a Harvardu nyní dešifrovali tuto konverzaci a odhalili, jak astrocyty vyvolávají biochemický obvod, který reguluje neuronální aktivitu a způsobuje, že ryby přestanou plavat.

Zatímco neurotransmitery umožňují rychlou komunikaci mezi jednotlivými neurony, které trvají milisekundy, neuromodulátory, jako je obvod, který je odkrytý v novém pracovním zákoně o populacích neuronů, aby naladili neuronální signály v časových úsecích, které jsou více než tisíckrát pomalejší, což umožňuje flexibilní chování v časovém rozporu sekundy až minuty.

Nová práce pomáhá odhalit, jak takové neuromodulátory oslovují neurony a odhalí významnou roli pro astroglii v neuromodulaci. Zdůrazňuje také důležitost zahrnutí informací o neuronálních buňkách do výzkumu, jak mozek funguje.

„Myslím, že převládající pohled je, že mnoho výpočtů, které jsou důležité pro chování, vycházejí ze vzorců konektivity mezi neurony,“ říká Alex Chen, společný Ph.D. Student v laboratoři Ahrens v Janelii a Engert Lab na Harvardu, který vedl nový výzkum.

„Tato práce ukazuje, že musíme pochopit biochemické výpočty a další formy neuronálních informací a kombinovat je s informacemi o propojení mezi neurony, abychom skutečně pochopili, co mozek dělá.“

Pochopení toho, jak neuromodulátory proudí z astrocytů do neuronů, může být také důležité pro léčbu Psychiatrické podmínkyŘíká vedoucí vedoucího skupiny Janelia Misha Ahrens, vedoucí autorka nového výzkumu.

„Zahrnutí těchto cest častěji do studií psychiatrických podmínek má velký smysl,“ říká Ahrens. „S vědomím, že mnoho neuromodulace, která je základem mozkové funkce a dysfunkce, protéká astrocyty, podporuje tuto novou buněčnou skupinu jako potenciální terapeutický cíl.“

Odhalení konverzace

Nová práce staví na předchozím výzkumu z roku 2019, také vedená Ahrens Lab, která odhalila roli radiálních astrocytů v chování „vzdát se“. Tento výzkum zjistil, že jak si ryby uvědomí, že se nikam nedostane, plave to tvrději a aktivita Astroglia se zvyšuje. Když aktivita Astroglia dosáhne prahu, buňky signalizují neurony v rybách, aby přestaly plavat.

Tým zjistil, že neurony signalizují astroglii, aby zvýšili svou aktivitu uvolněním neurotransmiteru zvaného norepinefrin, který vyvolává astroglii k akumulaci vnitřního vápníku. Nevěděli však, jak astrocyty komunikovaly zpět neuronů, aby způsobily, že ryby přestaly plavat.

V novém výzkumu tým použil řadu senzorů, aby zjistil, jaké molekuly astrocyty uvolněné, když byly aktivovány. Zjistili, že když byl vápník zvýšen v astrocytech, ATP byl propuštěn do extracelulární prostor mezi buňkami. Dále ukázali, že astrocyty, nikoli neurony, tento ATP uvolnili.

Zatímco ATP je všeobecně známo, že je molekula přenášející energii, která podporuje téměř všechny procesy uvnitř buněk, může také působit jako signalizační molekula na neuronech prostřednictvím různých typů receptorů. Když však vědci tyto receptory ATP zablokovali, neviděli žádnou změnu v chování zebrafish.

To naznačovalo, že ATP uvolněná z astroglie nekonávala přímo na neuronech, ale místo toho bylo rozloženo. Předchozí výzkum ukázal, že když je ATP uvolňován extracelulárně, enzymy jej převádějí na adenosin – jeden ze složek ATP a známý neuromodulátor v mozku.

Vědci zjistili, že když blokovali adenosinové receptory na neuronech, bylo potlačeno vzdání se chování. To naznačuje, že extracelulární cesta se rozkládá na ATP na adenosin, který aktivuje receptory na neuronech, které způsobují, že se ryby vzdá a přestanou plavat.

„Bylo to pro mě překvapivé, protože to vypadá jako taková nepřímá cesta,“ říká Chen. „Za prvé, je zapojena neuronální buňka a poté, za druhé, je tu tento biochemický obvod místo nějakého druhu neuronálního obvodu, který implementuje toto chování.“

Vědci si myslí, že tento typ biochemického obvodu umožňuje modulaci v pomalejším časovém měřítku ve srovnání s velmi rychlými časovými měřítky nervových obvodů. Vědci také spekulují, že enzymy, které rozkládají ATP, by mohly hrát důležitou roli při přenosu signálu – obvykle další cíl pro terapeutika.

Kromě toho doprovodný výzkum Vedení vědců na Washingtonské univerzitě v St. Louis ukazuje, že neuromodulace norepinefrinem v hippocampu u myší také protéká astrocyty, aby ovlivnila komunikaci mezi neurony.

A Byla identifikována související cesta na mouchy a nedávno publikované práce implikovaly podobnou cestu u depresivního chování u myší. A Nedávná perspektiva Vyšetřovatel HHMI Cagla Eroglu také diskutuje o těchto nových zjištěních.

Tyto doplňkové studie zvyšují možnost, že by tato cesta mohla být v lidských mozcích potenciálně práce a hrát důležitou roli funkce mozku u zdraví i nemoci.

„Zdá se, že tato cesta je zachována na mouchách a rybách a savcích, takže by to mohl být evoluční motiv starověkého obvodu,“ říká Chen.