Ανακαλύπτοντας τον μηχανισμό ενίσχυσης της εγκεφαλικής ενέργειας

περίληψη: Οι ερευνητές εντόπισαν έναν βασικό μηχανισμό για την ανίχνευση πότε ο εγκέφαλος χρειάζεται μια ώθηση ενέργειας, ο οποίος περιλαμβάνει τα αστροκύτταρα και το μόριο αδενοσίνη. Αυτή η ανακάλυψη μπορεί να οδηγήσει σε νέες θεραπείες για τη διατήρηση της υγείας και της μακροζωίας του εγκεφάλου, ειδικά στην καταπολέμηση της γνωστικής έκπτωσης και των νευροεκφυλιστικών ασθενειών.

Η μελέτη διαπίστωσε ότι τα αστροκύτταρα παρακολουθούν τη νευρική δραστηριότητα και ενεργοποιούν μονοπάτια που τροφοδοτούν τον εγκέφαλο με ενέργεια, διασφαλίζοντας την αποτελεσματική λειτουργία του εγκεφάλου. Αυτή η ανακάλυψη προσφέρει πιθανές θεραπείες για καταστάσεις όπως η νόσος του Αλτσχάιμερ.

Βασικά στοιχεία:

1. Τα αστροκύτταρα παίζουν κρίσιμο ρόλο στην παροχή ενέργειας στους νευρώνες κατά τη διάρκεια δραστηριοτήτων υψηλής ζήτησης.
2. Το μόριο αδενοσίνης είναι απαραίτητο για την ενεργοποίηση του μεταβολισμού της γλυκόζης στα αστροκύτταρα.
3. Η απενεργοποίηση αυτού του μηχανισμού τόνωσης της ενέργειας βλάπτει τη λειτουργία του εγκεφάλου, τη μνήμη και τον ύπνο.

πηγή: University College του Λονδίνου

Ένας βασικός μηχανισμός που αποκαλύπτει πότε ο εγκέφαλος χρειάζεται μια επιπλέον ώθηση ενέργειας για να υποστηρίξει τη δραστηριότητά του εντοπίστηκε σε μια μελέτη σε ποντίκια και κύτταρα με επικεφαλής επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο του Λονδίνου.

Οι επιστήμονες λένε ότι τα αποτελέσματά τους, τα οποία δημοσιεύτηκαν στο… φύσηΑυτή η ανακάλυψη μπορεί να μας βοηθήσει να αναπτύξουμε νέες θεραπείες για τη διατήρηση της υγείας και της μακροζωίας του εγκεφάλου, καθώς άλλες μελέτες έχουν βρει ότι ο ενεργειακός μεταβολισμός του εγκεφάλου μπορεί να διαταραχθεί αργά στη ζωή και να συμβάλει στη γνωστική έκπτωση και στην ανάπτυξη νευροεκφυλιστικών ασθενειών.

Ο επικεφαλής συγγραφέας καθηγητής Alexander Gorin (Νευροεπιστήμη, Φυσιολογία και Φαρμακολογία, University College του Λονδίνου) δήλωσε: «Ο εγκέφαλός μας αποτελείται από δισεκατομμύρια νευρώνες, οι οποίοι συνεργάζονται για να συντονίσουν πολλές λειτουργίες και να εκτελέσουν πολύπλοκες εργασίες, όπως ο έλεγχος της κίνησης, η μάθηση και ο σχηματισμός αναμνήσεων. Όλοι αυτοί οι υπολογισμοί απαιτούν Υψηλή ενέργεια και απαιτούν συνεχή παροχή θρεπτικών ουσιών και οξυγόνου.

«Όταν ο εγκέφαλός μας είναι πιο ενεργός, όπως όταν εκτελούμε μια διανοητικά επίπονη εργασία, ο εγκέφαλός μας χρειάζεται μια άμεση ώθηση ενέργειας, αλλά οι ακριβείς μηχανισμοί που διασφαλίζουν ότι οι ενεργές περιοχές του εγκεφάλου τροφοδοτούνται με μεταβολική ενέργεια τοπικά κατόπιν ζήτησης δεν είναι πλήρως κατανοητοί».

Προηγούμενη έρευνα έχει δείξει ότι πολλά εγκεφαλικά κύτταρα που ονομάζονται αστροκύτταρα παίζουν ρόλο στην παροχή των νευρώνων στον εγκέφαλο με την ενέργεια που χρειάζονται. Τα αστροκύτταρα, τα οποία έχουν σχήμα αστεριών, είναι ένας τύπος γλοιακών κυττάρων, τα οποία είναι μη νευρωνικά κύτταρα που βρίσκονται στο κεντρικό νευρικό σύστημα.

Όταν οι γειτονικοί νευρώνες χρειάζονται αύξηση της παροχής ενέργειας, τα αστροκύτταρα επεμβαίνουν γρήγορα ενεργοποιώντας τα δικά τους αποθέματα γλυκόζης και μεταβολίζοντάς τα, οδηγώντας σε αυξημένη παραγωγή και απελευθέρωση γαλακτικού οξέος. Το γαλακτικό συμπληρώνει τη δεξαμενή ενέργειας που είναι άμεσα διαθέσιμη για χρήση από νευρώνες στον εγκέφαλο.

Ο καθηγητής Gorin εξήγησε: «Στη μελέτη μας, ανακαλύψαμε ακριβώς πώς τα αστροκύτταρα είναι σε θέση να παρακολουθούν τη χρήση ενέργειας από τους γειτονικούς νευρώνες τους και να ξεκινούν αυτή τη διαδικασία που παρέχει πρόσθετη χημική ενέργεια σε συμφορημένες περιοχές του εγκεφάλου».

Σε μια σειρά πειραμάτων χρησιμοποιώντας μοντέλα ποντικών και κυτταρικά δείγματα, οι ερευνητές εντόπισαν ένα σύνολο ειδικών υποδοχέων στα αστροκύτταρα που μπορούν να ανιχνεύσουν και να παρακολουθήσουν τη νευρική δραστηριότητα, διεγείροντας μια οδό σηματοδότησης που περιλαμβάνει ένα βασικό μόριο που ονομάζεται αδενοσίνη.

Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι η οδός μεταβολικής σηματοδότησης που ενεργοποιεί η αδενοσίνη στα αστροκύτταρα είναι η ίδια οδός που στρατολογεί τα αποθέματα ενέργειας στους μυς και το συκώτι, για παράδειγμα όταν ασκούμαστε.

Η αδενοσίνη ενεργοποιεί το μεταβολισμό της γλυκόζης στα αστροκύτταρα και παρέχει ενέργεια στους νευρώνες για να διασφαλίσει ότι η συναπτική λειτουργία (νευροδιαβιβαστές που μεταδίδουν σήματα επικοινωνίας μεταξύ των κυττάρων) συνεχίζεται με γρήγορο ρυθμό υπό συνθήκες υψηλής ενεργειακής ζήτησης ή χαμηλής παροχής ενέργειας.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι όταν αδρανοποίησαν βασικούς υποδοχείς αστροκυττάρων σε ποντίκια, η εγκεφαλική δραστηριότητα του ζώου ήταν λιγότερο αποτελεσματική, συμπεριλαμβανομένης σημαντικής βλάβης στον μεταβολισμό του εγκεφάλου, τη μνήμη και τις διαταραχές ύπνου, δείχνοντας έτσι ότι η οδός σηματοδότησης που εντόπισαν είναι ζωτικής σημασίας για διαδικασίες όπως η μάθηση, η μνήμη. και κοιμήσου.

Ο πρώτος συγγραφέας και συν-συγγραφέας της μελέτης Δρ Shafiq Thiparambil, ο οποίος ξεκίνησε τη μελέτη στο Πανεπιστήμιο του Λονδίνου πριν μετακομίσει στο Πανεπιστήμιο του Λάνκαστερ, είπε: «Ο εντοπισμός αυτού του μηχανισμού μπορεί να έχει ευρύτερες επιπτώσεις, καθώς μπορεί να είναι ένας τρόπος για τη θεραπεία εγκεφαλικών ασθενειών όπου η ρύθμιση της ενέργειας του εγκεφάλου ρυθμίζεται προς τα κάτω, όπως ο νευροεκφυλισμός και η άνοια».

Ο καθηγητής Gorin πρόσθεσε: «Γνωρίζουμε ότι η ενεργειακή ισορροπία του εγκεφάλου εξασθενεί προοδευτικά με την ηλικία και αυτή η διαδικασία επιταχύνεται κατά την ανάπτυξη νευροεκφυλιστικών ασθενειών όπως η νόσος του Αλτσχάιμερ.

«Η μελέτη μας προσδιορίζει έναν ελκυστικό, εύκολα θεραπεύσιμο στόχο και μια θεραπευτική ευκαιρία για τη διάσωση της εγκεφαλικής ενέργειας με σκοπό την προστασία της εγκεφαλικής λειτουργίας, τη διατήρηση της γνωστικής υγείας και την προώθηση της μακροζωίας του εγκεφάλου».

Χρηματοδότηση: Οι ερευνητές έλαβαν υποστήριξη από το Wellcome Foundation και επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο του Λονδίνου, το Πανεπιστήμιο Λάνκαστερ, το Imperial College του Λονδίνου, το King's College του Λονδίνου, το Πανεπιστήμιο Queen Mary του Λονδίνου, το Πανεπιστήμιο του Μπρίστολ, το Πανεπιστήμιο του Warwick και το Πανεπιστήμιο του Κολοράντο συμμετείχαν στη μελέτη. .

Σχετικά με αυτές τις ειδήσεις έρευνας νευροεπιστήμης

συγγραφέας: Κρις Λιν
πηγή: University College του Λονδίνου
επικοινωνία: Κρις Λέιν – UCL
εικόνα: Η εικόνα ελήφθη από το Neuroscience News

Αρχική αναζήτηση: Ανοιχτή πρόσβαση.
“Η σηματοδότηση της αδενοσίνης στα αστροκύτταρα συντονίζει τον μεταβολισμό και τη λειτουργία του εγκεφάλου«Από τον Alexander Gorin et al. φύση

μια περίληψη

Η σηματοδότηση της αδενοσίνης στα αστροκύτταρα συντονίζει τον μεταβολισμό και τη λειτουργία του εγκεφάλου

Οι υπολογισμοί του εγκεφάλου που εκτελούνται από δισεκατομμύρια νευρώνες εξαρτώνται από την επαρκή και συνεχή παροχή θρεπτικών ουσιών και οξυγόνου.

Τα αστροκύτταρα, οι πανταχού παρόντες γείτονες των νευρώνων, ελέγχουν την πρόσληψη και τον μεταβολισμό της γλυκόζης στον εγκέφαλο, αλλά οι ακριβείς μηχανισμοί μεταβολικής σύνδεσης μεταξύ νευρώνων και αστροκυττάρων που διασφαλίζουν την υποστήριξη των νευρωνικών ενεργειακών αναγκών κατ' απαίτηση δεν είναι πλήρως κατανοητοί.

Εδώ δείχνουμε, χρησιμοποιώντας in vitro και in vivo πειραματικά μοντέλα ζώων, ότι η μεταβολική ενεργοποίηση των αστροκυττάρων που εξαρτάται από τη νευρωνική δραστηριότητα προκαλείται από τον νευροδιαμορφωτή αδενοσίνη που δρα στους υποδοχείς Α2Β αστροκυττάρων. Η διέγερση του υποδοχέα Α2Β στρατολογεί την κλασική κυκλική 3',5'-μονοφωσφορική-πρωτεϊνική κινάση αδενοσίνης.

Μια οδός σηματοδότησης που οδηγεί σε ταχεία ενεργοποίηση του μεταβολισμού της γλυκόζης στα αστροκύτταρα και στην απελευθέρωση γαλακτικού, το οποίο συμπληρώνει την άμεσα διαθέσιμη εξωκυτταρική δεξαμενή ενέργειας.

Πειραματικά μοντέλα ποντικών που περιλαμβάνουν διαγραφή υπό όρους του γονιδίου που κωδικοποιεί τον υποδοχέα A2B στα αστροκύτταρα έχουν δείξει ότι η μεταβολική σηματοδότηση με τη μεσολάβηση αδενοσίνης είναι απαραίτητη για τη διατήρηση της συναπτικής λειτουργίας, ειδικά υπό συνθήκες υψηλής ενεργειακής ζήτησης ή χαμηλής παροχής ενέργειας.

Η αδρανοποίηση της έκφρασης των υποδοχέων A2B στα αστροκύτταρα είχε ως αποτέλεσμα σημαντικό επαναπρογραμματισμό του μεταβολισμού της ενέργειας του εγκεφάλου, αποτρέποντας τη συναπτική πλαστικότητα στον ιππόκαμπο και σημαντική βλάβη της μνήμης αναγνώρισης και διαταραχή του ύπνου.

Αυτά τα δεδομένα προσδιορίζουν τον υποδοχέα Α2Β αδενοσίνης ως αισθητήρα αστροκυττάρων νευρικής δραστηριότητας και δείχνουν ότι η σηματοδότηση cAMP στα αστροκύτταρα προσαρμόζει τον ενεργειακό μεταβολισμό του εγκεφάλου για να υποστηρίξει τις βασικές λειτουργίες τους όπως ο ύπνος και η μνήμη.