Health

Ontdekking van een nieuwe functie uitgevoerd door bijna de helft van de hersencellen

Overzicht: De afgifte van kaliumionen door neuronen laadt de elektrische activiteit van astrocyten op, waardoor de neurotransmissie kan worden gecontroleerd. Overspraak van astrocyten en neuronen roept vragen op over hoe de interactie werkt in hersenpathologie en de implicaties voor geheugen en leren.

Bron: Tufts University

Onderzoekers van de Tufts University School of Medicine hebben een voorheen onbekende functie ontdekt die wordt uitgevoerd door een type cel dat bijna de helft van alle hersencellen omvat.

Wetenschappers zeggen dat deze ontdekking bij muizen van een nieuwe functie door cellen genaamd astrocyten een geheel nieuwe richting opent voor neurowetenschappelijk onderzoek dat op een dag zou kunnen leiden tot behandelingen voor vele aandoeningen, variërend van epilepsie tot de ziekte van Alzheimer en van Alzheimer tot traumatisch hersenletsel.

Het komt erop neer hoe astrocyten interageren met neuronen, fundamentele cellen van de hersenen en het zenuwstelsel die informatie van de buitenwereld ontvangen. Via een complexe reeks elektrische en chemische signalen verzenden neuronen informatie tussen verschillende delen van de hersenen en tussen de hersenen en de rest van het zenuwstelsel.

Tot nu toe dachten wetenschappers dat astrocyten belangrijk waren, maar minder betrokken bij deze activiteit. Astrocyten leiden de groei van axonen, de lange, dunne projectie van een neuron dat elektrische impulsen geleidt. Ze controleren ook neurotransmitters, chemicaliën die de overdracht van elektrische signalen in de hersenen en het zenuwstelsel mogelijk maken. Bovendien bouwen astrocyten de bloed-hersenbarrière op en reageren ze op letsel.

Maar ze leken niet elektrisch actief te zijn zoals de belangrijkste neuronen – tot nu toe.

“De elektrische activiteit van astrocyten verandert het functioneren van neuronen”, zegt Chris Dulla, universitair hoofddocent neurowetenschappen aan de School of Medicine and Graduate School of Biomedical Sciences, en corresponderend auteur van een artikel dat vandaag is gepubliceerd door natuurlijke neurowetenschap.

“We hebben een nieuwe manier ontdekt waarop twee van de belangrijkste cellen in de hersenen met elkaar praten. Omdat er zoveel onbekenden zijn over hoe de hersenen werken, is het ontdekken van nieuwe fundamentele processen die de hersenfunctie beheersen de sleutel tot het ontwikkelen van nieuwe behandelingen voor neurologische ziekten.

Naast Dulla en hoofdauteur Moritz Armbruster, zijn andere studieauteurs Saptarnab Naskar, Mary Sommer, Elliot Kim en Philip G. Haydon van Tufts University School of Medicine; Jacqueline P. Garcia van het Cellular, Molecular, and Developmental Biology Program aan de Tufts Graduate School of Biomedical Sciences; en onderzoekers van andere instellingen.

Om deze ontdekking te doen, gebruikte het team gloednieuwe technologie om een ​​techniek te ontwerpen waarmee ze de elektrische eigenschappen van hersencelinteracties kunnen zien en bestuderen, die voorheen niet konden worden waargenomen.

“Met deze nieuwe hulpmiddelen hebben we in wezen volledig nieuwe aspecten van de biologie ontdekt”, zegt Armbruster, assistent-onderzoeksprofessor neurowetenschappen aan de School of Medicine. “Als er betere tools komen – er worden bijvoorbeeld voortdurend nieuwe fluorescerende sensoren ontwikkeld – zullen we een beter begrip hebben van dingen waar we nog niet eens aan hadden gedacht.”

“De nieuwe technologie vertegenwoordigt elektrische activiteit met licht”, zegt Dulla. “Neuronen zijn zeer elektrisch actief, en nieuwe technologie stelt ons in staat om te zien dat astrocyten ook elektrisch actief zijn.”

Dulla beschrijft astrocyten als “ervoor zorgen dat alles copacetisch is in de hersenen, en als er iets mis is, als er een verwonding of een virale infectie is, pakken ze het op, proberen te reageren en proberen vervolgens de hersenen te beschermen tegen beledigingen. Wat we vervolgens willen doen, is bepalen hoe astrocyten veranderen wanneer deze beledigingen plaatsvinden.

Neuron-naar-neuron communicatie vindt plaats door het vrijkomen van pakketten met chemicaliën die neurotransmitters worden genoemd. Wetenschappers wisten dat astrocyten neurotransmitters aansturen en ervoor zorgen dat neuronen gezond en actief blijven. Maar de nieuwe studie onthult dat neuronen ook kaliumionen afgeven, die de elektrische activiteit van de astrocyt veranderen en de manier waarop deze neurotransmitters controleert.

“Dus het neuron bepaalt wat de astrocyt doet, en ze communiceren heen en weer. Neuronen en astrocyten communiceren met elkaar op een manier die voorheen onbekend was”, zegt hij.

De impact op toekomstig onderzoek

De ontdekking van astrocyten-neuron-overspraak roept veel vragen op over hoe interacties functioneren in hersenpathologie en in de ontwikkeling van leren en geheugen. “Het doet ons opnieuw nadenken over alles wat astrocyten doen en hoe het feit dat astrocyten elektrisch actief zijn, een breed scala aan neurologische ziekten kan beïnvloeden”, zegt hij.

Bij de ziekte van Alzheimer hebben astrocyten bijvoorbeeld geen controle over neurotransmitters, ook al is dat hun basistaak, legt Dulla uit. Soortgelijke problemen doen zich voor bij traumatisch hersenletsel en epilepsie. Jarenlang dachten wetenschappers dat het probleem zou kunnen worden veroorzaakt door een ontbrekend eiwit of een mutatie die verhindert dat een eiwit werkt.

“Er wordt verondersteld dat extracellulaire kaliumaccumulatie in de hersenen bijdraagt ​​aan de pathologieën van epilepsie en migraine”, zegt Armbruster. “Deze nieuwe studie stelt ons in staat om beter te begrijpen hoe astrocyten deze opbouw elimineren en helpen om een ​​evenwicht van opwinding te behouden.”

Dit is een illustratie van een astrocyt
Onderzoekers van Tufts University hebben de elektrische activiteit van astrocyten in de hersenen ontdekt. Krediet: Siena Fried

Onderzoekers onderzoeken momenteel bestaande medicijnen om te zien of ze de interacties tussen neuronen en astrocyten kunnen manipuleren. “Kunnen we daarbij ooit mensen helpen sneller of beter te leren? Kunnen we hersenschade herstellen als die zich voordoet? vraagt ​​Dula.

De nieuwe technologie die is gebruikt om deze ontdekking te doen, opent niet alleen nieuwe manieren om na te denken over de activiteit van astrocyten, maar biedt ook nieuwe benaderingen voor beeldvormingsactiviteit in de hersenen. Voorheen was er geen manier om bijvoorbeeld kaliumactiviteit in de hersenen in beeld te brengen, of om te bestuderen hoe kalium is betrokken bij slaap, metabolisme of letsel en infectie in de hersenen.

“We geven deze tools aan andere laboratoria, zodat ze dezelfde tests en technieken kunnen gebruiken om de vragen te bestuderen die ze belangrijk vinden”, zegt hij. “Wetenschappers krijgen de tools om hoofdpijn, ademhaling, ontwikkelingsstoornissen en een breed scala aan verschillende neurologische ziekten te bestuderen.”

Over dit neurowetenschappelijk onderzoeksnieuws

Schrijver: perskantoor
Bron: Tufts University
Contact: Persvoorlichting – Tufts University
Afbeelding: Afbeelding wordt toegeschreven aan Siena Fried

Originele onderzoek: Toegang gesloten.
“Neurale activiteit stimuleert padspecifieke depolarisatie van perifere astrocytenprocessen” door Moritz Armbruster et al. natuurlijke neurowetenschap


Abstract

Zie ook

Dit toont een gangpad in een supermarkt

Neuronale activiteit leidt tot padspecifieke depolarisatie van perifere astrocytenprocessen

Astrocyten zijn gliacellen die interageren met neuronale synapsen via hun distale processen, waar ze glutamaat en kalium verwijderen (K+) uit de extracellulaire ruimte na neuronale activiteit.

Astrocytische klaring van glutamaat en K+ hangt af van de spanning, maar de astrocytenmembraanpotentiaal (Vm) wordt als grotendeels invariant beschouwd. Dienovereenkomstig werden deze spanningsafhankelijkheden niet relevant geacht voor de functie van astrocyten.

Gebruik van genetisch gecodeerde spanningsindicatoren om meting van Vm Bij perifere astrocytenprocessen (PAP’s) bij muizen rapporteren we grote, snelle, focale en padspecifieke depolarisaties in PAP’s tijdens neuronale activiteit.

Deze activiteitsafhankelijke depolarisaties van astrocyten worden aangedreven door actiepotentiaal-gemedieerde presynaptische K+ efflux en elektrogene transporters van glutamaat.

We vinden dat PAP-depolarisatie de glutamaatklaring van astrocyten remt tijdens neuronale activiteit, waardoor de neuronale activering door glutamaat wordt verbeterd.

Dit vertegenwoordigt een nieuwe klasse van subcellulaire membraandynamica van astrocyten en een nieuwe vorm van interactie tussen astrocyten en neuronen.

About the author

samoda

Leave a Comment