Мітохондрії астроцитів при пошкодженні білої речовини. Частина 1

Анотація

Цей огляд підсумовує різноманітну структуру та функції астроцитів для опису біоенергетичної універсальності, необхідної для астроцитів, які розташовані в різних місцях. Міжклітинний домен мітохондрій астроцитів визначає їхню роль у підтримці та регулюванні з’єднання астроцитів і нейронів і виживання в умовах ішемії.

Зв'язок між зв'язком нейронів і пам'яттю завжди привертав велику увагу. Нейронний зв’язок стосується зв’язків і взаємодії між нейронами через синапси, тоді як пам’ять – це здатність людського мозку зберігати та згадувати інформацію про певні події чи дії після їх переживання.

Вплив нейронного зв’язку на пам’ять в основному відображається в таких аспектах:

По-перше, зв'язок нейронів може сприяти збереженню пам'яті. Під час різних процесів навчання або досвіду після встановлення зв’язків між нейронами ці зв’язки зміцнюються, сприяючи передачі та зберіганню інформації між нейронами. Тому, коли нам потрібно пригадати подію, яку ми пережили, зв’язки між цими нейронами можуть допомогти нам знайти потрібну інформацію швидше й точніше, тим самим покращуючи пам’ять.

По-друге, зв'язок нейронів також може прискорити відновлення пам'яті. Коли нам потрібно пригадати подію, активується зв’язок між нейронами, що дозволяє нам швидко витягувати відповідну інформацію та чіткіше пригадувати те, що ми пережили. Таким чином, зв’язок між нейронами також може допомогти нам швидше отримувати та згадувати інформацію.

Крім того, з’єднання нейронів може сприяти збереженню довгострокової пам’яті. Коли ми запам’ятовуємо подію чи частину інформації, зв’язок між нейронами посилюється і створює спосіб довгострокового зв’язку та зберігання. Це з’єднання не тільки гарантує, що інформацію можна отримати та швидко відкликати за короткий термін, але також дозволяє зберегти інформацію в довготривалій пам’яті.

Підсумовуючи, зв’язок між нейронами має дуже важливий вплив на нашу пам’ять. Зміцнюючи зв’язки між нейронами, ми можемо зберігати та отримувати інформацію швидше, точніше та довгостроково, допомагаючи нам краще справлятися з труднощами, з якими ми стикаємося під час навчання, роботи та життя. Можна побачити, що нам потрібно покращити пам’ять, і Cistanche deserticola може значно покращити пам’ять, оскільки Cistanche deserticola є традиційним китайським лікарським матеріалом, який має багато унікальних ефектів, одним із яких є покращення пам’яті. Ефективність Cistanche deserticola пояснюється багатьма активними інгредієнтами, які він містить, включаючи дубильну кислоту, полісахариди, флавоноїдні глікозиди тощо. Ці інгредієнти можуть сприяти здоров’ю мозку різними шляхами.

Натисніть Знати10 способів покращити пам'ять

Гетерогенність астроцитемітохондрій і те, як субпопуляції мітохондрій астроцитів адаптуються до взаємодії з іншими гліями та регулюють функцію аксонів, вимагають подальшого дослідження.

Стало зрозуміло, що перехідні пори мітохондріальної проникності відіграють ключову роль у різноманітних захворюваннях людини, загальна патологія яких може базуватися на мітохондріальній дисфункції, спричиненій Ca 2+ і потенційованій окисним стресом. Активні форми кисню викликають дегенерацію аксонів і зниження аксонального транспорту, що призводить до аксональних дистрофій і нейродегенерації, включаючи хворобу Альцгеймера, бічний аміотрофічний склероз, хворобу Паркінсона та хворобу Хантінгтона.

Розробка нових інструментів, які дозволяють краще досліджувати мітохондріальну структуру та функцію астроцитів, а також методів, спрямованих на мітохондрії астроцитів, можуть допомогти розкрити роль здоров’я та дисфункції мітохондрій у більш інклюзивному контексті за межами нейронних клітин.

Загалом у цьому огляді буде оцінено значення мітохондрій астроцитів як терапевтичної мішені для пом’якшення гострого та хронічного ураження ЦНС.

Ключові слова

Гліальні клітини; Мітохондріальна динаміка; Нейроваскулярні ураження; Нейродегенеративні захворювання; астрогліальні взаємодії; Аксональна дегенерація.

вступ

Астроцити є найбільш поширеними гліальними клітинами в центральній нервовій системі (ЦНС), і вони розташовані в сірій і білій речовині, під твердою речовиною та навколо церебральних судин (рис. 1).

Згодом астроцити спеціалізуються на численних ключових функціях на основі їх розташування, таких як підтримка гомеостазу мозку, регуляція позаклітинного середовища, формування та підтримка гематоенцефалічного бар’єру (ГЕБ) і нейроваскулярного блоку (НВВ) [1], регулювання церебрального кровотоку [2–4] , а також регулювання рН [5].

Оскільки астроцити врівноважують поглинання та вивільнення глутамату, вони контролюють активність нейронів і синаптичну функцію, а також тристоронній синапс для полегшення навчання та пам’яті [6]. Астроцити можуть зберігати глюкозу у вигляді глікогену та зберігати запаси глікогену для перетворення його на лактат, коли рівень глюкози низький або підвищена активність [7, 8], і переміщувати лактат для підтримки нейронального та гліального метаболізму [9–11].

Контролюючи вивільнення АТФ [12] і мережу Ca2+, астроцити регулюють цикл сон-неспання [13] і сприяють передачі та обміну розчинних субстратів між спинномозковою та інтерстиціальною рідинами [14–16]. Астроцити також активно модулюють аксонну провідність [17], а також формування та скорочення синапсів [18, 19].

Цей величезний функціональний репертуар ще більше розширюється в мозку людини через значну складність людських астроцитів порівняно з гризунами [20]. Ця підвищена складність астроцитів людини разом з олігодендроцитами та збільшенням об’єму білої речовини [21] вважається однією з головних причин вищих когнітивних функцій у людей порівняно з гризунами.

Оскільки астроцити інтегруються в багато одиниць, які виконують спеціалізовану функцію в мозку, очікується, що астроцити структурно адаптуються до свого розташування та функції [22]. У ЦНС астроцити походять в основному з радіальних гліальних клітин і деякі з клітин-попередників у спинному мозку [23–26], тоді як у дорослому мозку відбувається безперервне утворення астроцитів у субвентрикулярних клітинах [25].

Походження астроцитів також може сприяти морфологічній гетерогенності та анатомічному призначенню астроцитів, що зрештою визначає його функцію.

Згідно з цією концепцією, трансплантація астроцитів, отриманих із незрілих гліальних клітин-попередників людини, у мозок гризунів призвела до утворення астроцитів зі складною морфологічною складністю людського мозку, що свідчить про те, що розмір і структурна архітектура астроцитів є внутрішньою ознакою їх клітинного походження [6] . Цікаво, що ці клітини прийняли особливості свого розташування та функції, що демонструє сприятливу природу астроцитів до адаптації [6].

Астроцити демонструють значні відмінності між ділянками мозку [22]. Наприклад, астроцити виявляють чіткі відмінності між сірою та білою речовиною [22]. За морфологічними ознаками астроцити називаються протоплазматичними астроцитами сірої речовини та фіброзними астроцитами білої речовини [1] (рис. 1). Фіброзні астроцити характеризуються меншими ядрами, і вони простягають свої гілки вздовж аксонів паралельно, надаючи людині подовжену морфологію [1].

Фіброзні астроцити містять більшу кількість ниток, ніж протоплазматичні астроцити [27], щоб структурно підтримувати їх подовжені та розширені гілки [28–30]; отже, гліальний кислий фібрилярний білок (GFAP) є більш помітним у цих клітинах.

Протоплазматичні астроцити більші з тонкими розгалуженими гілками, розподіленими навколо тіла клітини, що набуває характерної «зіркоподібної» форми. Цікаво, що ця залежна від розташування специфічність астроцитів так само добре зберігається в мозку людини, за винятком того, що вони більші, а протоплазматичні астроцити мають складніші архітектурні деталі [31].

Отже, в мозку людини посилюється участь астроцитів у тристоронньому синапсі. Відповідно до різноманітної морфології, що відображає різноманітні функції, протоплазматичні та волокнисті астроцити мають різні профілі експресії білка. Наприклад, кластер диференціювання 44 (CD44; [32] ниткоподібні білки, такі як віментин і GFAP [33], рясно експресуються фіброзними астроцитами в білій речовині.

Більшість астроцитів сірої речовини не експресують GFAP [34, 35], якщо немає пошкодження.

Рівні експресії GFAP є важливими, оскільки вони забезпечують швидке повторюване проти більш тривалого, але високоточного проведення сигналу в сірій речовині та білій речовині відповідно. CD44, з іншого боку, є рецептором гіалуронану, що свідчить про важливу взаємодію між астроцитами білої речовини та позаклітинним матриксом.

Астроцити також регулюють гомеостаз глутамату. Астроцити сірої речовини експресують п’ять великих транспортерів глутамату, тоді як астроцити білої речовини експресують лише GLT-1 і GLAST[36–38].

Незважаючи на те, що рівні експресії транспортерів глутамату вищі в астроцитах білої речовини [37], активність транспортерів глутамату, мабуть, вища в сірій речовині через більшу кількість синапсів [39].

Враховуючи, наприклад, велику кількість синапсів у корі головного мозку, транспортна активність глутамату найвища в мозковому тілі [39]. Разом зі збільшеною здатністю циклу глутамат-глутамін в астроцитах білої речовини стає очевидною потреба в більш ефективному кліренсі глутамату, щоб підтримувати рівні глутамату приблизно на половині рівнів сірої речовини [39].

Ексайтотоксичність олігодендроцитів через активацію рецепторів АМРА та каїнату [40–48], але не рецепторів NMDA [49], підкреслює важливість кліренсу глутамату астроцитами в білій речовині для збереження взаємодії між олігодендроцитами та аксонами та підтримки провідності. Активація різноманітних рецепторів на клітинна мембрана астроцитів викликає вивільнення Ca2+ із внутрішніх запасів, який може поширюватися на сусідні астроцити та ініціювати хвилю Ca2+ [50]через астроцити, яка поширюється через щілинні з’єднання через складну мережу [51–53] для доставки швидкого міжміського сигналу.

Астроцити мають домени, що не перекриваються [35], але діють узгоджено, щоб залучити сусідні астроцити завдяки їх щілинним з’єднанням. Цікаво, що цей набір досягає діаметра ~400 мкм у сірій речовині, охоплюючи ~100 астроцитів. Показано, що ця мережа є найбільш складною в зоровому нерві завдяки високому зв’язку астроцитів [54], хоча функціональна кореляція залишається невідомою. Крім того, сигналізація Na+ відіграє важливу роль у підтримці гомеостазу астроцитів.

Слід зазначити, що концентрація цитозольного Na+ в астроцитах зазвичай вища, ніж у нейронах [1, 55], і приплив Na+ в астроцити поширюється від відростків до соми та до сусідніх клітин через щілинні з’єднання [55–57].

Na+ може проникати в астроцити або через катіонні канали (наприклад, рецептори P2X і NMDA, TRP-канали та специфічні Na+, які називаються Nax-каналами), або залежні від Na{3}} транспортери (наприклад, збудливі транспортери амінокислот типів 1 і 2, транспортери ГАМК типів 1 і 3, гліцин транспортери типу 1, транспортери норадреналіну та дофаміну та транспортери нейтральних амінокислот, пов’язані з Na+-) [1, 58, 59].

Більшість транспортерів плазмалеми виступають не лише сенсорами, а й модифікаторами цитозольного Na+ [1]. З іншого боку, Na+/K+ АТФаза (NKA) головним чином відповідає за вивільнення Na+ з астроцитів [60]. Астроцитарна NKA має меншу спорідненість до K+, ніж у нейронах, оскільки містить 2 субодиниці замість 1 і 3 субодиниць у нейронах [61, 62].

Таким чином, астроцитарний NKA важливий для визначення та підтримки K+ балансу. Крім того, шляхом буферизації K+ під час активності нейронів, NKA відіграє важливу роль у виробництві лактату в астроцитах [63–65]. Крім того, астроцити експресують усі три підтипи Na+/Ca2+ обмінника (NCX), який є ще одним важливим гравцем у регуляції Na+ [60, 66, 67].

Астроцитарний NCX чутливий до змін у цитозольній концентрації Na+ і Ca2+, що відповідає їхній ролі у збереженні іонного гомеостазу астроцитів [68, 69]. Зокрема, мітохондрії астроцитів експресують унікальну версію обмінника під назвою NCLX, який може обмінювати Li+ замість Na+ і значно сприяє підтримці мітохондріальної функції в астроцитах [70–72].

For more information:1950477648nn@gmail.com