Mitocondriile astrocitelor în leziunile de substanță albă Partea 1

Abstract

Această revizuire rezumă structura și funcția diversă a astrocitelor pentru a descrie versatilitatea bioenergetică necesară astrocitelor care sunt situate în locații diferite. Domeniul intercelular al mitocondriilor astrocite își definește rolurile în susținerea și reglarea cuplării astrocite-neuron și supraviețuirea împotriva ischemiei.

Relația dintre cuplarea neuronală și memorie a atras întotdeauna multă atenție. Cuplarea neuronală se referă la conexiunile și interacțiunile dintre neuroni prin sinapse, în timp ce memoria este capacitatea creierului uman de a stoca și reaminti informații despre anumite evenimente sau activități după ce le-a experimentat.

Impactul cuplării neuronale asupra memoriei se reflectă în principal în următoarele aspecte:

În primul rând, cuplarea neuronală poate facilita stocarea memoriei. În timpul diferitelor procese de învățare sau experiență, după ce apar conexiuni între neuroni, aceste conexiuni vor fi consolidate, promovând transmiterea și stocarea informațiilor între neuroni. Prin urmare, atunci când trebuie să ne amintim un eveniment pe care l-am experimentat, conexiunile dintre acești neuroni ne pot ajuta să găsim informații relevante mai rapid și mai precis, îmbunătățind astfel stocarea memoriei.

În al doilea rând, cuplarea neuronală poate accelera, de asemenea, recuperarea memoriei. Când trebuie să ne amintim un eveniment, cuplarea dintre neuroni va fi activată, permițându-ne să extragem rapid informații relevante și să ne amintim mai clar ceea ce am experimentat. Prin urmare, cuplarea între neuroni ne poate ajuta, de asemenea, să recuperăm și să ne amintim informații mai rapid.

În plus, cuplarea neuronală poate promova păstrarea memoriei pe termen lung. Când ne amintim un eveniment sau o informație, cuplarea dintre neuroni este întărită și formează o modalitate de conectare și stocare pe termen lung. Această conexiune nu numai că asigură că informațiile pot fi recuperate și rechemate rapid pe termen scurt, dar permite și păstrarea informațiilor în memoria pe termen lung.

În concluzie, cuplarea dintre neuroni are un impact foarte important asupra memoriei noastre. Prin consolidarea conexiunilor dintre neuroni, putem stoca și prelua informații mai rapid, mai precis și pe termen lung, ajutându-ne să facem față mai bine provocărilor pe care le întâlnim în învățare, muncă și viață. Se poate observa că trebuie să îmbunătățim memoria, iar Cistanche deserticola poate îmbunătăți semnificativ memoria deoarece Cistanche deserticola este un material medicinal tradițional chinezesc care are multe efecte unice, dintre care unul este îmbunătățirea memoriei. Eficacitatea Cistanche deserticola provine din multiplele ingrediente active pe care le conține, inclusiv acid tanic, polizaharide, glicozide flavonoide etc. Aceste ingrediente pot promova sănătatea creierului printr-o varietate de căi.

Faceți clic pe Cunoaștere10 moduri de a îmbunătăți memoria

Eterogenitatea astrocitemitocondriilor și modul în care subpopulațiile de mitocondrii astrocite se adaptează pentru a interacționa cu alte glie și reglează funcția axonilor necesită investigații suplimentare.

A devenit clar că porii de tranziție ai permeabilității mitocondriale joacă un rol cheie într-o mare varietate de boli umane, a căror patologie comună se poate baza pe disfuncția mitocondrială declanșată de Ca2+ și potențată de stresul oxidativ. Speciile reactive de oxigen provoacă degenerare axonală și o reducere a transportului inaxonal, ducând la distrofii axonale și neurodegenerare, inclusiv boala Alzheimer, scleroza laterală amiotrofică, boala Parkinson și boala Huntington.

Dezvoltarea de noi instrumente care să permită o mai bună investigare a structurii și funcției mitocondriale în astrocite și tehnici pentru a viza în mod specific mitocondriile astrocitelor, poate ajuta la dezlegarea rolului sănătății și disfuncției mitocondriale într-un context mai incluziv în afara celulelor neuronale.

În general, această revizuire va evalua valoarea mitocondriilor astrocitelor ca țintă terapeutică pentru atenuarea leziunilor acute și cronice în SNC.

Cuvinte cheie

Celule gliale; Dinamica mitocondrială; Leziuni neurovasculare; Boli neurodegenerative;Interacțiuni astrogliale; Degenerescenta axonala.

Introducere

Astrocitele sunt cele mai răspândite celule gliale în sistemul nervos central (SNC) și sunt localizate în substanța cenușie și albă, sub materia durerii și în jurul vaselor cerebrale (Fig. 1).

Ulterior, astrocitele se specializează în numeroase funcții cheie bazate pe locațiile lor, cum ar fi menținerea homeostaziei creierului, reglarea mediului extracelular, formarea și menținerea barierei hemato-encefalice (BBB) ​​și a unității neurovasculare (NVU) [1], ajustarea fluxului sanguin cerebral [2-4] , și reglarea pH-ului [5].

Deoarece astrocitele echilibrează absorbția și eliberarea glutamatului, ele monitorizează activitatea neuronală și funcția sinaptică și sinapsa tripartită pentru a facilita învățarea și memoria [6]. Astrocytescan stochează glucoza sub formă de glicogen și menține stocarea de glicogen pentru a-l transforma în lactat atunci când există glucoză scăzută sau activitate crescută [7, 8] și transferă lactatul pentru a susține metabolismul neuronal și glial [9-11].

Controlând eliberarea de ATP [12] și rețeaua de Ca2+, astrocitele ajustează ciclul somn-veghe [13] și facilitează transferul și schimbul de substraturi solubile între lichidul cefalorahidian și lichidul interstițial [14-16]. De asemenea, astrocitele modulează în mod activ conducerea axonilor [17], precum și formarea și tăierea sinapselor [18, 19].

Acest vast repertoriu funcțional este și mai amplificat în creierul uman datorită complexității semnificative a astrocitelor umane în comparație cu rozătoarele [20]. Această complexitate crescută a astrocitelor umane, împreună cu oligodendrocite și extinderea volumului de substanță albă[21], se propune a fi printre motivele proeminente ale unei funcții cognitive superioare inumane în comparație cu rozătoarele.

Deoarece astrocitele se integrează în multe unități care servesc o funcție specializată în creier, este de așteptat ca astrocitele să se adapteze structural la locația și funcția lor [22]. În SNC, astrocitele sunt derivate în principal din celulele gliale radiale și unele din celulele progenitoare din măduva spinării [23–26], în timp ce există o generare continuă de astrocite în creierul adult în celulele subventriculare [25].

Originea astrocitelor poate contribui, de asemenea, la eterogenitatea morfologică și la destinația anatomică a astrocitelor, care în cele din urmă determină funcția acestuia.

În acord cu acest concept, transplantul de astrocite derivate din celulele progenitoare gliale imature umane în creierul rozătoarelor a dus la formarea de astrocite cu complexitatea morfologică complexă a creierului uman, sugerând că dimensiunea și arhitectura structurală a astrocitelor sunt intrinsece originii lor [6] . Interesant este că aceste celule și-au asumat caracteristici ale locației și funcției lor, demonstrând natura propice a astrocitelor la adaptare [6].

Astrocitele prezintă diferențe remarcabile între regiunile creierului [22]. De exemplu, astrocitele prezintă diferențe distincte între substanța cenușie și cea albă [22]. Pe baza caracteristicilor morfologice, astrocitele sunt denumite astrocite protoplasmatice în substanța cenușie și fibrousastrocite în substanța albă [1] (Fig. 1). Astrocitele fibroase se caracterizează prin nucleele lor mai mici și își extind ramurile de-a lungul axonilor în paralel, dând omului o morfologie alungită [1].

Astrocitele fibroase conțin cantități mai mari de filamente decât astrocitele protoplasmatice [27] pentru a susține structural ramurile lor alungite și extinse[28–30]; prin urmare, proteina fibrilară acidă glială (GFAP) este mai proeminentă în aceste celule.

Astrocitele protoplasmatice sunt mai mari, cu ramuri fine și elaborate distribuite în jurul corpului celular, obținând forma lor caracteristică „de tip stea”. Interesant, această specificitate dependentă de locație a astrocitelor este la fel de bine conservată în creierul uman, cu excepția faptului că sunt mai mari, iar astrocitele protoplasmatice au detalii arhitecturale mai complexe [31].

În consecință, participarea astrocitelor în sinapsa tripartită este îmbunătățită în creierul uman. În acord cu morfologia diversă care reflectă diverse funcții, astrocitele protoplasmatice și fibroase au profiluri diferite de expresie a proteinelor. De exemplu, grupul de diferențiere 44 (CD44; [32] proteine ​​filamentoase, cum ar fi vimentina și GFAP [33], sunt exprimate din abundență de astrocitele fibroase din substanța albă.

Majoritatea astrocitelor cu substanță cenușie nu exprimă GFAP [34, 35] decât dacă există o leziune.

Nivelurile de expresie ale GFAP sunt importante prin faptul că permit conducerea semnalului rapid repetitiv versus mai lung, dar de înaltă fidelitate în materia cenușie și, respectiv, în substanța albă. CD44, pe de altă parte, este un receptor de hialuronan, sugerând o interacțiune importantă între astrocitele de substanță albă și matricea extracelulară.

Astrocitele reglează și homeostazia glutamatului. Astrocitele cu substanță cenușie exprimă cinci transportatori majori de glutamat, în timp ce astrocitele cu substanță albă exprimă doar GLT-1 și GLAST[36–38].

Chiar dacă nivelurile de expresie ale transportatorilor de glutamat sunt mai mari în astrocitele de substanță albă [37], activitatea transportatorilor de glutamat este aparent mai mare în materia cenușie datorită numărului mai mare de sinapse [39].

Având în vedere numărul abundent de sinapse din cortex, de exemplu, activitatea de transport a glutamatului este cea mai mare în corpuscaloz [39]. Împreună cu capacitatea crescută pentru ciclul glutamat-glutamină în astrocitele cu substanță albă, necesitatea unui clearance-ul mai eficient al glutamatului devine evidentă pentru a menține nivelurile de glutamat la aproximativ jumătate din nivelurile de substanță cenușie [39].

Instrumentul de excitotoxicitate ligodendrocitelor prin activarea receptorilor AMPA și Kainate [40–48], dar nu a receptorilor NMDA [49], evidențiază importanța clearance-ului glutamatului de către astrocite în substanța albă pentru a păstra interacțiunile oligodendrocite-axon și pentru a susține conducerea. Activarea unei varietăți de receptori pe membrana celulară a astrocitelor declanșează eliberarea de Ca2+ din depozitele interne, care se poate răspândi la astrocitele din apropiere și inițiază o undă de Ca{2+ [50]în astrocite care se propagă prin joncțiuni de gol printr-o rețea complicată [51–53] pentru a furniza un semnal rapid la distanță lungă.

Astrocitele au domenii care nu se suprapun [35], dar acționează la unison pentru a recruta astrocitele din apropiere datorită joncțiunilor lor lacunare. Interesant este că această recrutare atinge un diametru de ~ 400 μm în materie cenușie, cuprinzând ~ 100 de astrocite. Această rețea se dovedește a fi cea mai elaborată la nivelul nervului optic datorită cuplării mari a astrocitelor [54], deși corelația funcțională rămâne necunoscută. În plus, semnalizarea Na+ joacă un rol important în menținerea homeostaziei astrocitare.

De notat, concentrația de Na+ citosol în astrocite este de obicei mai mare decât în ​​neuroni [1, 55], iar influxul de Na+ în astrocite se propagă de la procese la soma și în celulele adiacente prin joncțiunile gap [55–57].

Na+ poate pătrunde în astrocite fie prin canale cationice (de exemplu, receptorii P2X și NMDA, canale TRP și Na+ specifice numite canale Nax), fie prin transportori dependenți de Na+- (de exemplu, transportori excitatori de aminoacizi tipurile 1 și 2, transportor GABA tip 1 și 3, glicină transportori de tip 1, transportori de noradrenalină și dopamină și transportatori de aminoacizi neutri cuplați cu Na+-) [1, 58, 59].

Majoritatea transportoarelor plasmalemei nu acționează doar ca senzori, ci și ca modificatori ai Na+ citosolic [1]. Pe de altă parte, Na+/K+ ATPaza (NKA) este în principal responsabilă pentru eliberarea Na+ din astrocite [60]. NKA astrocitară are o afinitate mai mică pentru K+ decât în ​​neuroni, deoarece conține 2 subunități în loc de 1 și 3 subunități în neuroni [61, 62].

Prin urmare, NKA astrocitară este importantă pentru detectarea și menținerea echilibrului K+. De asemenea, prin tamponarea K+ în timpul activității neuronale, NKA joacă un rol important în producerea de lactat în astrocite [63–65]. În plus, astrocitele exprimă toate cele trei subtipuri de schimbător Na+/Ca2+ (NCX), care este un alt jucător important în reglarea Na+ [60, 66, 67].

NCX astrocitar este sensibil la modificările concentrației citosolice de Na+ și Ca2+care este potrivit pentru rolul lor în păstrarea homeostaziei ionice astrocitelor [68, 69]. În special, mitocondriile astrocitelor exprimă o versiune unică a schimbătorului numit NCLX, care poate schimba Li+ în loc de Na+ și poate contribui semnificativ la menținerea funcției mitocondriale în astrocite [70–72].

For more information:1950477648nn@gmail.com