Astrocītu mitohondriji baltās vielas bojājumos 1. daļa

Abstrakts

Šajā pārskatā ir apkopota astrocītu daudzveidīgā struktūra un funkcijas, lai aprakstītu bioenerģētisko daudzpusību, kas nepieciešama no astrocītiem, kas atrodas dažādās vietās. Astrocītu mitohondriju starpšūnu domēns nosaka to lomu astrocītu-neironu savienojuma un izdzīvošanas atbalstīšanā un regulēšanā pret išēmiju.

Attiecības starp neironu savienojumu un atmiņu vienmēr ir piesaistījušas lielu uzmanību. Neironu savienojums attiecas uz savienojumiem un mijiedarbību starp neironiem caur sinapsēm, savukārt atmiņa ir cilvēka smadzeņu spēja saglabāt un atsaukt atmiņā informāciju par noteiktiem notikumiem vai darbībām pēc to pieredzes.

Neironu savienojuma ietekme uz atmiņu galvenokārt ir atspoguļota šādos aspektos:

Pirmkārt, neironu savienojums var atvieglot atmiņas uzglabāšanu. Dažādu mācību vai pieredzes procesu laikā pēc savienojumu izveidošanās starp neironiem šie savienojumi tiks nostiprināti, veicinot informācijas pārraidi un uzglabāšanu starp neironiem. Tāpēc, kad mums ir jāatgādina kāds notikums, ko esam piedzīvojuši, savienojumi starp šiem neironiem var palīdzēt mums ātrāk un precīzāk atrast attiecīgo informāciju, tādējādi uzlabojot atmiņas uzglabāšanu.

Otrkārt, neironu savienošana var arī paātrināt atmiņas izgūšanu. Kad mums ir jāatgādina kāds notikums, tiks aktivizēta saite starp neironiem, ļaujot mums ātri iegūt attiecīgo informāciju un skaidrāk atcerēties to, ko esam piedzīvojuši. Tāpēc savienošana starp neironiem var arī palīdzēt mums ātrāk izgūt un atsaukt informāciju.

Turklāt neironu savienojums var veicināt ilgtermiņa atmiņas saglabāšanu. Kad mēs atceramies notikumu vai informācijas daļu, savienojums starp neironiem tiek nostiprināts un veido ilgtermiņa savienojuma un uzglabāšanas veidu. Šis savienojums ne tikai nodrošina to, ka informāciju var ātri izgūt un atsaukt īstermiņā, bet arī ļauj informāciju saglabāt ilgtermiņa atmiņā.

Rezumējot, saitei starp neironiem ir ļoti liela ietekme uz mūsu atmiņu. Nostiprinot savienojumus starp neironiem, mēs varam uzglabāt un izgūt informāciju ātrāk, precīzāk un ilgtermiņā, palīdzot mums labāk tikt galā ar izaicinājumiem, ar kuriem saskaramies mācībās, darbā un dzīvē. Var redzēt, ka mums ir jāuzlabo atmiņa, un Cistanche deserticola var ievērojami uzlabot atmiņu, jo Cistanche deserticola ir tradicionāls ķīniešu ārstniecības materiāls, kam ir daudz unikālu efektu, no kuriem viens ir atmiņas uzlabošana. Cistanche deserticola iedarbīgumu nodrošina vairākas tajā esošās aktīvās sastāvdaļas, tostarp miecskābe, polisaharīdi, flavonoīdu glikozīdi utt. Šīs sastāvdaļas var veicināt smadzeņu veselību, izmantojot dažādus ceļus.

Noklikšķiniet uz Zināt10 veidi, kā uzlabot atmiņu

Astrocitemitohondriju neviendabīgums un tas, kā astrocītu mitohondriju apakšpopulācijas pielāgojas mijiedarbībai ar citām glijām un regulē aksona funkciju, ir nepieciešama turpmāka izpēte.

Ir kļuvis skaidrs, ka mitohondriju caurlaidības pārejas porām ir galvenā loma daudzās cilvēku slimībās, kuru kopējās patoloģijas pamatā var būt mitohondriju disfunkcija, ko izraisa Ca2+ un ko pastiprina oksidatīvais stress. Reaktīvās skābekļa sugas izraisa aksonu deģenerāciju un samazina inaksonālo transportu, izraisot aksonu distrofijas un neirodeģenerāciju, tostarp Alcheimera slimību, amiotrofisko laterālo sklerozi, Parkinsona slimību un Hantingtona slimību.

Jaunu rīku izstrāde, kas ļauj labāk izpētīt mitohondriju struktūru un funkcijas astrocītos, un metodes, lai īpaši mērķētu uz astrocītu mitohondrijiem, var palīdzēt atklāt mitohondriju veselības un disfunkcijas lomu iekļaujošākā kontekstā ārpus neironu šūnām.

Kopumā šajā pārskatā tiks novērtēta astrocītu mitohondriju vērtība kā terapeitisks mērķis, lai mazinātu akūtus un hroniskus CNS bojājumus.

Atslēgvārdi

Glia šūnas; Mitohondriju dinamika; Neirovaskulāri ievainojumi; Neirodeģeneratīvas slimības;Astrogliāla mijiedarbība; Aksonu deģenerācija.

Ievads

Astrocīti ir visplašāk izplatītās glia šūnas centrālajā nervu sistēmā (CNS), un tās atrodas visā pelēkajā un baltajā vielā, zem cietās vielas un ap smadzeņu asinsvadiem (1. attēls).

Pēc tam astrocīti specializējas daudzās galvenajās funkcijās, pamatojoties uz to atrašanās vietu, piemēram, smadzeņu homeostāzes uzturēšanā, ārpusšūnu vides regulēšanā, hematoencefālās barjeras (BBB) ​​un neirovaskulārās vienības (NVU) veidošanā un uzturēšanā [1], smadzeņu asinsrites regulēšanā [2–4] , un regulē pH [5].

Tā kā astrocīti līdzsvaro glutamāta uzņemšanu un izdalīšanos, tie uzrauga neironu aktivitāti un sinaptisko funkciju un trīsdaļīgo sinapses, lai atvieglotu mācīšanos un atmiņu [6]. Astrocytescan uzglabā glikozi kā glikogēnu un uztur glikogēna uzglabāšanu, lai pārvērstu to laktātā, ja ir zems glikozes līmenis vai paaugstināta aktivitāte [7, 8], un atspoles laktātu, lai atbalstītu neironu un glia metabolismu [9–11].

Kontrolējot ATP izdalīšanos [12] un Ca2+ tīklu veidošanu, astrocīti pielāgo miega un nomoda ciklu [13] un atvieglo šķīstošo substrātu pārnešanu un apmaiņu starp cerebrospinālo šķidrumu un intersticiālo šķidrumu [14–16]. Astrocīti arī aktīvi modulē aksonu vadītspēju [17], kā arī sinapses veidošanos un atzarošanu [18, 19].

Šis plašais funkcionālais repertuārs cilvēka smadzenēs ir vēl vairāk papildināts, jo cilvēka astrocīti ir ievērojami sarežģīti salīdzinājumā ar grauzējiem [20]. Tiek uzskatīts, ka šī paaugstinātā cilvēka astrocītu sarežģītība kopā ar oligodendrocītiem un baltās vielas apjoma palielināšanos[21] ir viens no galvenajiem iemesliem, kāpēc cilvēkiem ir augstāka kognitīvā funkcija salīdzinājumā ar grauzējiem.

Tā kā astrocīti integrējas daudzās vienībās, kas kalpo specializētai funkcijai smadzenēs, sagaidāms, ka astrocīti strukturāli pielāgojas savai atrašanās vietai un funkcijai [22]. CNS astrocīti galvenokārt tiek iegūti no radiālajām glia šūnām un daži no muguras smadzeņu priekšteču šūnām [23–26], savukārt pieaugušo smadzenēs subventrikulārās šūnās notiek nepārtraukta astrocītu veidošanās [25].

Astrocītu izcelsme var arī veicināt astrocīta morfoloģisko neviendabīgumu un anatomisko galamērķi, kas galu galā nosaka tā funkciju.

Saskaņā ar šo koncepciju astrocītu, kas iegūti no cilvēka nenobriedušām glia cilmes šūnām, transplantācijas grauzēju smadzenēs izraisīja astrocītu veidošanos ar cilvēka smadzeņu sarežģīto morfoloģisko sarežģītību, kas liecina, ka astrocītu izmērs un strukturālā arhitektūra ir raksturīgi to šūnu izcelsmei [6] . Interesanti, ka šīm šūnām bija savas atrašanās vietas un funkcijas īpašības, parādot astrocītu labvēlīgo raksturu adaptācijai [6].

Astrocīti uzrāda ievērojamas atšķirības starp smadzeņu reģioniem [22]. Piemēram, astrocītiem ir izteiktas atšķirības starp pelēko un balto vielu [22]. Pamatojoties uz morfoloģiskajām īpašībām, astrocītus sauc par protoplazmas astrocītiem pelēkajā vielā un par fibrousastrocītiem baltajā vielā [1] (1. att.). Šķiedrainus astrocītus raksturo mazāki kodoli, un tie paralēli stiepjas gar aksoniem, piešķirot tiem izstieptu morfoloģiju [1].

Šķiedrainie astrocīti satur lielāku daudzumu pavedienu nekā protoplazmas astrocīti [27], lai strukturāli atbalstītu to iegarenos un paplašinātos zarus[28–30]; tāpēc glia skābais fibrilārais proteīns (GFAP) šajās šūnās ir pamanāmāks.

Protoplazmatiskie astrocīti ir lielāki ar smalkiem, sarežģītiem zariem, kas izkliedēti pa šūnas ķermeni, iegūstot tiem raksturīgo "zvaigznei līdzīgu" formu. Interesanti, ka šī no atrašanās vietas atkarīgā astrocītu specifika ir vienlīdz labi saglabājusies cilvēka smadzenēs, izņemot to, ka tie ir lielāki, un protoplazmas astrocītiem ir sarežģītāka arhitektūras detaļa [31].

Līdz ar to cilvēka smadzenēs tiek pastiprināta astrocītu dalība trīspusējā sinapsē. Vienojoties ar daudzveidīgu morfoloģiju, kas atspoguļo dažādas funkcijas, protoplazmas un šķiedrainajiem astrocītiem ir dažādi proteīnu ekspresijas profili. Piemēram, 44. diferenciācijas kopu (CD44; [32] pavedienveida proteīnus, piemēram, vimentīnu un GFAP [33], baltajā vielā plaši ekspresē šķiedru astrocīti.

Lielākā daļa pelēkās vielas astrocītu neizpauž GFAP [34, 35], ja vien nav traumas.

GFAP izteiksmes līmeņi ir svarīgi, jo tie nodrošina ātru atkārtošanos, salīdzinot ar ilgāku, bet augstas precizitātes signālu, attiecīgi, pelēkajā vielā un baltajā vielā. CD44, no otras puses, ir hialuronāna receptors, kas liecina par svarīgu mijiedarbību starp baltās vielas astrocītiem un ārpusšūnu matricu.

Astrocīti regulē arī glutamāta homeostāzi. Pelēkās vielas astrocīti ekspresē piecus galvenos glutamāta transportētājus, savukārt baltās vielas astrocīti ekspresē tikai GLT-1 un GLAST[36–38].

Lai gan glutamāta transportētāju ekspresijas līmeņi ir augstāki baltās vielas astrocītos [37], glutamāta transportētāju aktivitāte šķietami ir augstāka pelēkajā vielā, jo ir lielāks sinapšu skaits [39].

Piemēram, ņemot vērā bagātīgo sinapsu skaitu garozā, glutamāta transportēšanas aktivitāte ir visaugstākā korpusa ķermenī [39]. Kopā ar palielinātu kapacitāti glutamāta-glutamīna ciklam, kas pārvietojas baltās vielas astrocītos, kļūst acīmredzama nepieciešamība pēc efektīvāka glutamāta klīrensa, lai saglabātu glutamāta līmeni aptuveni pusē no pelēkās vielas līmeņa [39].

Eksitotoksicitātes instrumentodendrocīti, aktivizējot AMPA un kaināta receptorus [40–48], bet ne NMDA receptorus [49], uzsver astrocītu glutamāta klīrensa nozīmi baltajā vielā, lai saglabātu oligodendrocītu un aksonu mijiedarbību un uzturētu vadītspēju. Dažādu receptoru aktivizēšana. astrocītu šūnu membrāna izraisa Ca2+ izdalīšanos no iekšējiem krājumiem, kas var izplatīties uz blakus esošajiem astrocītiem un ierosināt Ca2+ vilni [50] pāri astrocītiem, kas izplatās caur spraugas savienojumiem pa sarežģītu tīklu [51–53] lai nodrošinātu ātru tālsatiksmes signālu.

Astrocītu domēni nepārklājas [35], taču tie darbojas viendabīgi, lai piesaistītu tuvumā esošos astrocītus to spraugas savienojumu dēļ. Interesanti, ka šī vervēšana pelēkajā vielā sasniedz ~ 400 μm diametru, aptverot ~ 100 astrocītus. Ir pierādīts, ka šis tīkls ir visizstrādātākais redzes nervā, jo ir augsts astrocītu savienojums [54], lai gan funkcionālā korelācija joprojām nav zināma. Turklāt Na+ signalizācijai ir svarīga loma astrocītu homeostāzes uzturēšanā.

Jāatzīmē, ka citozola Na+ koncentrācija astrocītos parasti ir augstāka nekā neironos [1, 55], un Na+ pieplūdums astrocītos izplatās no procesiem uz somu un blakus esošajām šūnām, izmantojot spraugas savienojumus [55–57].

Na+ var iekļūt astrocītos caur katjonu kanāliem (piem., P2X un NMDA receptoriem, TRP kanāliem un specifiskiem Na+, ko sauc par Nax kanāliem), vai ar Na+- atkarīgiem transportieriem (piemēram, 1. un 2. tipa ierosinošiem aminoskābju transportētājiem, 1. un 3. tipa GABA transporteriem, glicīnu). 1. tipa transportētāji, noradrenalīna un dopamīna transporteri un Na+-savienoti neitrālie aminoskābju transporteri) [1, 58, 59].

Lielākā daļa plazmalemmas transportētāju darbojas ne tikai kā sensori, bet arī kā citozola Na+ modifikatori [1]. No otras puses, Na+/K+ ATPāze (NKA) galvenokārt ir atbildīga par Na+ izdalīšanos no astrocītiem [60]. Astrocītiskajai NKA ir mazāka afinitāte pret K+ nekā neironiem, jo ​​tā satur 2 apakšvienības 1 un 3 apakšvienību vietā neironos [61, 62].

Tāpēc astrocītiskā NKA ir svarīga K+ līdzsvara uztveršanai un uzturēšanai. Tāpat, buferējot K+ neironu aktivitātes laikā, NKA ir nozīmīga loma laktāta veidošanās procesā astrocītos [63–65]. Turklāt astrocīti ekspresē visus trīs Na+/Ca2+ apmaiņas (NCX) apakštipus, kas ir vēl viens svarīgs spēlētājs Na+ regulēšanā [60, 66, 67].

Astrocītiskais NCX ir jutīgs pret Na+ un Ca2+ citozola koncentrācijas izmaiņām, kas ir piemērota to lomai astrocītu jonu homeostāzes saglabāšanā [68, 69]. Jo īpaši astrocītu mitohondriji izsaka unikālu apmaiņas versiju, ko sauc par NCLX, kas var apmainīties ar Li +, nevis Na +, un ievērojami veicina mitohondriju funkcijas uzturēšanu astrocītos [70–72].

For more information:1950477648nn@gmail.com