Mitochondrie astrocytov pri poranení bielej hmoty, časť 1

Abstraktné

Tento prehľad sumarizuje rôznorodú štruktúru a funkciu astrocytov, aby opísal bioenergetickú všestrannosť vyžadovanú od astrocytov, ktoré sa nachádzajú na rôznych miestach. Medzibunková doména mitochondrií astrocytov definuje ich úlohy pri podpore a regulácii spojenia astrocyt-neurón a prežitia proti ischémii.

Vzťah medzi neurónovou väzbou a pamäťou vždy priťahoval veľkú pozornosť. Neurónová väzba sa vzťahuje na spojenia a interakcie medzi neurónmi prostredníctvom synapsií, zatiaľ čo pamäť je schopnosť ľudského mozgu ukladať a vybavovať si informácie o určitých udalostiach alebo činnostiach po ich skúsenostiach.

Vplyv neuronálnej väzby na pamäť sa odráža najmä v nasledujúcich aspektoch:

Po prvé, neurónové spojenie môže uľahčiť ukladanie pamäte. Počas rôznych procesov učenia alebo skúseností, keď sa medzi neurónmi vyskytnú spojenia, sa tieto spojenia posilnia, čím sa podporí prenos a ukladanie informácií medzi neurónmi. Preto, keď si potrebujeme vybaviť udalosť, ktorú sme zažili, spojenia medzi týmito neurónmi nám môžu pomôcť rýchlejšie a presnejšie nájsť relevantné informácie, čím sa zlepší ukladanie pamäte.

Po druhé, neurónové spojenie môže tiež urýchliť vyhľadávanie pamäte. Keď si potrebujeme spomenúť na udalosť, aktivuje sa spojenie medzi neurónmi, čo nám umožní rýchlo extrahovať relevantné informácie a jasnejšie si spomenúť na to, čo sme zažili. Preto nám spojenie medzi neurónmi môže pomôcť rýchlejšie získať a vyvolať informácie.

Okrem toho môže spojenie neurónov podporovať dlhodobé uchovanie pamäte. Keď si zapamätáme udalosť alebo informáciu, spojenie medzi neurónmi sa posilní a vytvorí spôsob dlhodobého spojenia a uloženia. Toto spojenie zaisťuje nielen to, že informácie je možné rýchlo získať a vyvolať v krátkodobom horizonte, ale tiež umožňuje uchovať informácie v dlhodobej pamäti.

Stručne povedané, spojenie medzi neurónmi má veľmi dôležitý vplyv na našu pamäť. Posilnením prepojení medzi neurónmi môžeme ukladať a získavať informácie rýchlejšie, presnejšie a dlhodobejšie, čo nám pomáha lepšie sa vyrovnať s výzvami, s ktorými sa stretávame pri učení, práci a živote. Je vidieť, že potrebujeme zlepšiť pamäť a Cistanche deserticola môže výrazne zlepšiť pamäť, pretože Cistanche deserticola je tradičný čínsky liečivý materiál, ktorý má mnoho jedinečných účinkov, jedným z nich je zlepšenie pamäte. Účinnosť Cistanche deserticola pochádza z viacerých aktívnych zložiek, ktoré obsahuje, vrátane kyseliny trieslovej, polysacharidov, flavonoidových glykozidov atď. Tieto zložky môžu podporovať zdravie mozgu rôznymi spôsobmi.

Kliknite na položku Know10 spôsobov, ako zlepšiť pamäť

Heterogenita astrocytemitochondrií a ako sa subpopulácie astrocytových mitochondrií prispôsobujú interakcii s inými gliami a regulujú funkciu axónov, si vyžadujú ďalšie skúmanie.

Ukázalo sa, že póry prechodu mitochondriálnej permeability zohrávajú kľúčovú úlohu v širokej škále ľudských chorôb, ktorých bežná patológia môže byť založená na mitochondriálnej dysfunkcii spúšťanej Ca2+ a zosilnenej oxidačným stresom. Reaktívne formy kyslíka spôsobujú axonálnu degeneráciu a redukciu inaxonálneho transportu, čo vedie k axonálnym dystrofiám a neurodegenerácii vrátane Alzheimerovej choroby, amyotrofickej laterálnej sklerózy, Parkinsonovej choroby a Huntingtonovej choroby.

Vývoj nových nástrojov na umožnenie lepšieho skúmania mitochondriálnej štruktúry a funkcie v astrocytoch a techník špecificky zameraných na mitochondrie astrocytov môže pomôcť odhaliť úlohu mitochondriálneho zdravia a dysfunkcie v inkluzívnejšom kontexte mimo neurónových buniek.

Celkovo tento prehľad posúdi hodnotu mitochondrií astrocytov ako terapeutického cieľa na zmiernenie akútneho a chronického poškodenia CNS.

Kľúčové slová

Gliové bunky; Mitochondriálna dynamika; Neurovaskulárne poranenia; Neurodegeneratívne ochorenia;Astrogliálne interakcie; Axonálna degenerácia.

Úvod

Astrocyty sú najrozšírenejšie gliové bunky v centrálnom nervovom systéme (CNS) a nachádzajú sa v celej sivej a bielej hmote, pod dura hmotou a okolo mozgových ciev (obr. 1).

Následne sa astrocyty špecializujú na mnohé kľúčové funkcie založené na ich umiestnení, ako je udržiavanie mozgovej homeostázy, regulácia extracelulárneho prostredia, vytváranie a udržiavanie hematoencefalickej bariéry (BBB) ​​a neurovaskulárnej jednotky (NVU) [1], úprava cerebrálneho prietoku krvi [2–4]. a regulácia pH [5].

Pretože astrocyty vyrovnávajú príjem a uvoľňovanie glutamátu, monitorujú aktivitu neurónov a synaptickú funkciu a trojdielnu synapsiu, aby uľahčili učenie a pamäť [6]. Astrocyty môžu uchovávať glukózu ako glykogén a udržiavať zásobu glykogénu, aby ju premenili na laktát, keď je nízka hladina glukózy alebo zvýšená aktivita [7, 8] a premiestňujú laktát na podporu metabolizmu neurónov a glií [9–11].

Riadenie uvoľňovania ATP [12] a Ca2+ siete, astrocyty upravujú cyklus spánku a bdenia [13] a uľahčujú prenos a výmenu rozpustných substrátov medzi cerebrospinálnou tekutinou a intersticiálnou tekutinou [14–16]. Astrocyty tiež aktívne modulujú vedenie axónu [17], ako aj tvorbu a prerezávanie synapsií [18, 19].

Tento rozsiahly funkčný repertoár je v ľudskom mozgu ešte viac rozšírený v dôsledku značnej zložitosti ľudských astrocytov v porovnaní s hlodavcami [20]. Táto zvýšená zložitosť ľudských astrocytov spolu s oligodendrocytmi a expanziou objemu bielej hmoty[21] sa považuje za jeden z hlavných dôvodov vyšších kognitívnych funkcií u ľudí v porovnaní s hlodavcami.

Pretože astrocyty sa integrujú do mnohých jednotiek slúžiacich špecializovanej funkcii v mozgu, očakáva sa, že astrocyty sa štrukturálne prispôsobia ich umiestneniu a funkcii [22]. V CNS sú astrocyty odvodené hlavne z radiálnych gliových buniek a niektoré z progenitorových buniek v mieche [23–26], zatiaľ čo astrocyty sa kontinuálne generujú v dospelom mozgu v subventrikulárnych bunkách [25].

Pôvod astrocytov môže tiež prispieť k morfologickej heterogenite a anatomickému určeniu astrocytu, čo v konečnom dôsledku určuje jeho funkciu.

V súlade s týmto konceptom viedla transplantácia astrocytov odvodených z ľudských nezrelých gliových progenitorových buniek do mozgu hlodavcov k vytvoreniu astrocytov s komplexnou morfologickou komplexnosťou ľudského mozgu, čo naznačuje, že veľkosť a štrukturálna architektúra astrocytov je prirodzenou súčasťou ich bunkového pôvodu [6]. . Je zaujímavé, že tieto bunky nadobudli charakteristiky ich umiestnenia a funkcie, čo dokazuje, že astrocyty prispievajú k adaptácii [6].

Astrocyty vykazujú pozoruhodné rozdiely medzi oblasťami mozgu [22]. Napríklad astrocyty vykazujú zreteľné rozdiely medzi šedou a bielou hmotou [22]. Na základe morfologických charakteristík sa astrocyty nazývajú protoplazmatické astrocyty v sivej hmote a fibrousastrocyty v bielej hmote [1] (obr. 1). Vláknité astrocyty sa vyznačujú menšími jadrami a paralelne sa rozširujú pozdĺž axónov, čo dáva človeku predĺženú morfológiu [1].

Vláknité astrocyty obsahujú väčšie množstvo filamentov ako protoplazmatické astrocyty [27], ktoré štrukturálne podporujú ich predĺžené a predĺžené vetvy [28–30]; preto je v týchto bunkách výraznejší gliový kyslý fibrilárny proteín (GFAP).

Protoplazmatické astrocyty sú väčšie s jemne prepracovanými vetvami rozmiestnenými po celom tele bunky, čím dosahujú svoj charakteristický „hviezdicový“ tvar. Je zaujímavé, že táto špecifickosť astrocytov závislá od miesta je rovnako dobre zachovaná v ľudskom mozgu, s výnimkou toho, že sú väčšie a protoplazmatické astrocyty majú zložitejšie architektonické detaily [31].

V dôsledku toho sa v ľudskom mozgu zvyšuje účasť astrocytov na tripartitnej synapsii. V súlade s rôznorodou morfológiou odrážajúcou rôzne funkcie majú protoplazmatické a vláknité astrocyty rôzne profily expresie proteínov. Napríklad klaster diferenciácie 44 (CD44; [32] filamentózne proteíny, ako je vimentín a GFAP [33], sú hojne exprimované vláknitými astrocytmi v bielej hmote.

Väčšina astrocytov šedej hmoty neexprimuje GFAP [34, 35], pokiaľ nedôjde k poraneniu.

Úrovne expresie GFAP sú dôležité v tom, že umožňujú rýchle opakujúce sa verzus dlhšie, ale vysoko presné vedenie signálu v sivej a bielej hmote. Na druhej strane CD44 je hyalurónový receptor, čo naznačuje dôležitú interakciu medzi astrocytmi bielej hmoty a extracelulárnou matricou.

Astrocyty tiež regulujú homeostázu glutamátu. Astrocyty šedej hmoty exprimujú päť hlavných glutamátových transportérov, zatiaľ čo astrocyty bielej hmoty exprimujú iba GLT-1 a GLAST[36–38].

Aj keď sú hladiny expresie glutamátových transportérov vyššie v astrocytoch bielej hmoty [37], aktivita glutamátových transportérov je zdanlivo vyššia v sivej hmote v dôsledku vyššieho počtu synapsií [39].

Napríklad vzhľadom na početné synapsie v kôre je aktivita transportu glutamátu najvyššia v corpuscallosum [39]. Spolu so zvýšenou kapacitou pre astrocyty bielej hmoty cyklujúce sa medzi glutamátom a glutamínom je zrejmá potreba efektívnejšieho odstraňovania glutamátu, aby sa hladiny glutamátu udržiavali na približne polovici hladín šedej hmoty [39].

Excitotoxické nástrojeigodendrocyty prostredníctvom aktivácie AMPA a kainátových receptorov [40–48], ale nie NMDAreceptorov [49], zdôrazňuje dôležitosť odstraňovania glutamátu astrocytmi v bielej hmote pre zachovanie interakcií oligodendrocyt-axón a pre udržanie vedenia. Aktivácia rôznych receptorov na bunková membrána astrocytov spúšťa uvoľňovanie Ca2+ z vnútorných zásob, ktoré sa môže šíriť do blízkych astrocytov a iniciovať Ca2+ vlnu [50]naprieč astrocytmi, ktorá sa šíri cez medzerové spojenia cez zložitú sieť [51–53] na dodanie rýchleho signálu na veľkú vzdialenosť.

Astrocyty majú neprekrývajúce sa domény [35], ale vďaka svojim medzerovým spojeniam pôsobia jednotne pri získavaní blízkych astrocytov. Je zaujímavé, že tento nábor dosahuje priemer ~ 400 μm v šedej hmote, ktorý zahŕňa ~ 100 astrocytov. Ukázalo sa, že táto sieť je najprepracovanejšia v očnom nerve v dôsledku vysokej väzby astrocytov [54], aj keď funkčná korelácia zostáva neznáma. Okrem toho Na+ signalizácia hrá dôležitú úlohu pri udržiavaní homeostázy astrocytov.

Je potrebné poznamenať, že koncentrácia cytosolického Na+ v astrocytoch je typicky vyššia ako v neurónoch[1, 55] a prítok Na+ v astrocytoch sa šíri z procesov do soma a do susedných buniek cez medzerové spojenia [55–57].

Na+ môže vstúpiť do astrocytov buď katiónovými kanálmi (napr. P2X a NMDA receptory, TRP kanály a špecifické Na+ nazývané Nax kanály) alebo Na +-závislými transportérmi (napr. transportéry excitačných aminokyselín typu 1 a 2, transportér GABA typu 1 a 3, glycín transportéry typu 1, transportéry noradrenalínu a dopamínu a transportéry neutrálnych aminokyselín spojené s Na+-[1, 58, 59].

Väčšina transportérov plazmalemy pôsobí nielen ako senzory, ale aj ako modifikátory cytozolického Na+ [1]. Na druhej strane Na+/K+ ATPáza (NKA) je zodpovedná hlavne za uvoľňovanie Na+ z astrocytov [60]. Astrocytická NKA má nižšiu afinitu ku K+ ako v neurónoch, pretože obsahuje 2 podjednotky namiesto 1 a 3 podjednotky v neurónoch [61, 62].

Preto je astrocytická NKA dôležitá pre snímanie a udržiavanie rovnováhy K+. Tiež pufrovaním K+ počas neuronálnej aktivity hrá NKA dôležitú úlohu pri produkcii laktátu v astrocytoch [63–65]. Okrem toho astrocyty exprimujú všetky tri podtypy Na+/Ca{5}} výmenníka (NCX), ktorý je ďalším dôležitým hráčom pri regulácii Na+ [60, 66, 67].

Astrocytický NCX je citlivý na zmeny v cytosolickej koncentrácii Na+ a Ca2+, čo je vhodné pre ich úlohu pri zachovávaní iónovej homeostázy astrocytov [68, 69]. Najmä mitochondrie astrocytov exprimujú jedinečnú verziu výmenníka nazývaného NCLX, ktorý dokáže vymieňať Li+ namiesto Na+ a významne prispieva k zachovaniu mitochondriálnej funkcie v astrocytoch [70–72].

For more information:1950477648nn@gmail.com