Μιτοχόνδρια αστροκυττάρων σε τραυματισμό λευκής ύλης Μέρος 1

Αφηρημένη

Αυτή η ανασκόπηση συνοψίζει τη διαφορετική δομή και λειτουργία των αστροκυττάρων για να περιγράψει τη βιοενεργειακή ευελιξία που απαιτείται από τα αστροκύτταρα που βρίσκονται σε διαφορετικές τοποθεσίες. Η διακυτταρική περιοχή των μιτοχονδρίων αστροκυττάρων καθορίζει τους ρόλους τους στη στήριξη και ρύθμιση της σύζευξης αστροκυττάρων-νευρώνων και της επιβίωσης έναντι της ισχαιμίας.

Η σχέση μεταξύ νευρωνικής σύζευξης και μνήμης προσέλκυε πάντα μεγάλη προσοχή. Η νευρωνική σύζευξη αναφέρεται στις συνδέσεις και τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των νευρώνων μέσω συνάψεων, ενώ η μνήμη είναι η ικανότητα του ανθρώπινου εγκεφάλου να αποθηκεύει και να ανακαλεί πληροφορίες σχετικά με ορισμένα γεγονότα ή δραστηριότητες αφού τα βιώσει.

Η επίδραση της νευρωνικής σύζευξης στη μνήμη αντανακλάται κυρίως στις ακόλουθες πτυχές:

Πρώτον, η νευρωνική σύζευξη μπορεί να διευκολύνει την αποθήκευση μνήμης. Κατά τη διάρκεια διαφορετικών διαδικασιών μάθησης ή εμπειρίας, αφού προκύψουν συνδέσεις μεταξύ των νευρώνων, αυτές οι συνδέσεις θα ενισχυθούν, προωθώντας τη μετάδοση και αποθήκευση πληροφοριών μεταξύ των νευρώνων. Επομένως, όταν χρειάζεται να ανακαλέσουμε ένα γεγονός που έχουμε βιώσει, οι συνδέσεις μεταξύ αυτών των νευρώνων μπορούν να μας βοηθήσουν να βρούμε σχετικές πληροφορίες πιο γρήγορα και με ακρίβεια, ενισχύοντας έτσι την αποθήκευση μνήμης.

Δεύτερον, η νευρωνική σύζευξη μπορεί επίσης να επιταχύνει την ανάκτηση μνήμης. Όταν χρειάζεται να ανακαλέσουμε ένα συμβάν, η σύζευξη μεταξύ των νευρώνων θα ενεργοποιηθεί, επιτρέποντάς μας να εξάγουμε γρήγορα σχετικές πληροφορίες και να μας επιτρέψει να ανακαλέσουμε αυτό που έχουμε βιώσει πιο καθαρά. Επομένως, η σύζευξη μεταξύ των νευρώνων μπορεί επίσης να μας βοηθήσει να ανακτήσουμε και να ανακαλέσουμε πληροφορίες πιο γρήγορα.

Επιπλέον, η νευρωνική σύζευξη μπορεί να προάγει τη μακροπρόθεσμη διατήρηση της μνήμης. Όταν θυμόμαστε ένα γεγονός ή μια πληροφορία, η σύζευξη μεταξύ των νευρώνων ενισχύεται και σχηματίζει έναν τρόπο μακροπρόθεσμης σύνδεσης και αποθήκευσης. Αυτή η σύνδεση όχι μόνο διασφαλίζει ότι οι πληροφορίες μπορούν να ανακτηθούν και να ανακληθούν γρήγορα βραχυπρόθεσμα, αλλά επίσης επιτρέπει τη διατήρηση των πληροφοριών στη μακροπρόθεσμη μνήμη.

Συνοψίζοντας, η σύζευξη μεταξύ των νευρώνων έχει πολύ σημαντικό αντίκτυπο στη μνήμη μας. Ενισχύοντας τις συνδέσεις μεταξύ των νευρώνων, μπορούμε να αποθηκεύσουμε και να ανακτήσουμε πληροφορίες πιο γρήγορα, με ακρίβεια και μακροπρόθεσμα, βοηθώντας μας να αντιμετωπίσουμε καλύτερα τις προκλήσεις που αντιμετωπίζουμε στη μάθηση, την εργασία και τη ζωή. Μπορεί να φανεί ότι πρέπει να βελτιώσουμε τη μνήμη και το Cistanche deserticola μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τη μνήμη, επειδή το Cistanche deserticola είναι ένα παραδοσιακό κινέζικο φαρμακευτικό υλικό που έχει πολλά μοναδικά αποτελέσματα, ένα από τα οποία είναι η βελτίωση της μνήμης. Η αποτελεσματικότητα του Cistanche deserticola προέρχεται από τα πολλαπλά ενεργά συστατικά που περιέχει, όπως ταννικό οξύ, πολυσακχαρίτες, φλαβονοειδή γλυκοσίδες κ.λπ. Αυτά τα συστατικά μπορούν να προάγουν την υγεία του εγκεφάλου μέσω ποικίλων οδών.

Κάντε κλικ στο Γνωρίζω10 τρόποι για να βελτιώσετε τη μνήμη

Η ετερογένεια των αστρομιτοχονδρίων και ο τρόπος με τον οποίο οι υποπληθυσμοί των μιτοχονδρίων αστροκυττάρων προσαρμόζονται ώστε να αλληλεπιδρούν με άλλα γλοιακά και να ρυθμίζουν τη λειτουργία του άξονα, απαιτούν περαιτέρω διερεύνηση.

Έχει καταστεί σαφές ότι οι μεταβατικοί πόροι μιτοχονδριακής διαπερατότητας διαδραματίζουν βασικό ρόλο σε μια ευρεία ποικιλία ανθρώπινων ασθενειών, των οποίων η κοινή παθολογία μπορεί να βασίζεται σε μιτοχονδριακή δυσλειτουργία που προκαλείται από Ca2+ και ενισχύεται από το οξειδωτικό στρες. Τα αντιδραστικά είδη οξυγόνου προκαλούν αξονική εκφύλιση και μείωση της ενδοαξονικής μεταφοράς, οδηγώντας σε αξονικές δυστροφίες και νευροεκφυλισμό, συμπεριλαμβανομένης της νόσου του Αλτσχάιμερ, της αμυοτροφικής πλευρικής σκλήρυνσης, της νόσου του Πάρκινσον και της νόσου του Huntington.

Η ανάπτυξη νέων εργαλείων για την καλύτερη διερεύνηση της δομής και της λειτουργίας των μιτοχονδρίων στα αστροκύτταρα και τεχνικές για τη συγκεκριμένη στόχευση των μιτοχονδρίων αστροκυττάρων, μπορούν να βοηθήσουν στην αποκάλυψη του ρόλου της μιτοχονδριακής υγείας και δυσλειτουργίας σε ένα πιο περιεκτικό πλαίσιο έξω από τα νευρωνικά κύτταρα.

Συνολικά, αυτή η ανασκόπηση θα αξιολογήσει την αξία των μιτοχονδρίων αστροκυττάρων ως θεραπευτικού στόχου για τον μετριασμό της οξείας και χρόνιας βλάβης στο ΚΝΣ.

Λέξεις-κλειδιά

Νευρογλοιακά κύτταρα; Μιτοχονδριακή δυναμική; Νευροαγγειακές κακώσεις; Νευροεκφυλιστικές ασθένειες;Αστρογλοιακές αλληλεπιδράσεις; Αξονική εκφύλιση.

Εισαγωγή

Τα αστροκύτταρα είναι τα πιο ευρέως κατανεμημένα νευρογλοιακά κύτταρα στο Κεντρικό Νευρικό Σύστημα (ΚΝΣ) και βρίσκονται σε όλη τη φαιά και λευκή ουσία, κάτω από τη σκληρή μήνιγγα και γύρω από τα εγκεφαλικά αγγεία (Εικ. 1).

Στη συνέχεια, τα αστροκύτταρα ειδικεύονται σε πολλές βασικές λειτουργίες που βασίζονται στις τοποθεσίες τους, όπως η διατήρηση της ομοιόστασης του εγκεφάλου, η ρύθμιση του εξωκυτταρικού περιβάλλοντος, ο σχηματισμός και η διατήρηση του αιματοεγκεφαλικού φραγμού (BBB) ​​και της νευροαγγειακής μονάδας (NVU) [1], η προσαρμογή της εγκεφαλικής ροής αίματος [2-4] , και ρύθμιση του pH [5].

Επειδή τα αστροκύτταρα εξισορροπούν την πρόσληψη και απελευθέρωση γλουταμικού, παρακολουθούν τη νευρωνική δραστηριότητα και τη συναπτική λειτουργία και την τριμερή σύναψη για να διευκολύνουν τη μάθηση και τη μνήμη [6]. Τα αστροκύτταρα αποθηκεύουν τη γλυκόζη ως γλυκογόνο και διατηρούν την αποθήκευση γλυκογόνου για να το μετατρέψουν σε γαλακτικό όταν υπάρχει χαμηλή γλυκόζη ή αυξημένη δραστηριότητα [7, 8] και μεταφέρουν γαλακτικό για να υποστηρίξουν τον νευρογλοιακό μεταβολισμό [9-11].

Ελέγχοντας την απελευθέρωση ATP [12] και τη δικτύωση Ca2+, τα αστροκύτταρα προσαρμόζουν τον κύκλο ύπνου-εγρήγορσης [13] και διευκολύνουν τη μεταφορά και την ανταλλαγή διαλυτών υποστρωμάτων μεταξύ του εγκεφαλονωτιαίου υγρού και του διάμεσου υγρού [14-16]. Τα αστροκύτταρα ρυθμίζουν επίσης ενεργά την αγωγιμότητα του άξονα [17] καθώς και τον σχηματισμό και το κλάδεμα των συνάψεων [18, 19].

Αυτό το τεράστιο λειτουργικό ρεπερτόριο είναι ακόμη πιο επαυξημένο στον ανθρώπινο εγκέφαλο λόγω της σημαντικής πολυπλοκότητας των ανθρώπινων αστροκυττάρων σε σύγκριση με τα τρωκτικά [20]. Αυτή η αυξημένη πολυπλοκότητα των ανθρώπινων αστροκυττάρων, μαζί με τα ολιγοδενδροκύτταρα και η διεύρυνση του όγκου της λευκής ουσίας[21], προτείνεται να είναι μεταξύ των εξέχουσες αιτίες για υψηλότερη γνωστική λειτουργία απάνθρωπα σε σύγκριση με τα τρωκτικά.

Επειδή τα αστροκύτταρα ενσωματώνονται σε πολλές μονάδες που εξυπηρετούν μια εξειδικευμένη λειτουργία στον εγκέφαλο, αναμένεται ότι τα αστροκύτταρα προσαρμόζονται δομικά στη θέση και τη λειτουργία τους [22]. Στο ΚΝΣ, τα αστροκύτταρα προέρχονται κυρίως από ακτινογλοιακά κύτταρα και μερικά από προγονικά κύτταρα του νωτιαίου μυελού [23-26], ενώ υπάρχει μια συνεχής παραγωγή αστροκυττάρων στον ενήλικο εγκέφαλο σε υποκοιλιακά κύτταρα [25].

Η προέλευση των αστροκυττάρων μπορεί επίσης να συμβάλλει στη μορφολογική ετερογένεια και στον ανατομικό προορισμό του αστροκυττάρου, ο οποίος τελικά καθορίζει τη λειτουργία του.

Σε συμφωνία με αυτή την ιδέα, η μεταμόσχευση αστροκυττάρων που προέρχονται από ανθρώπινα ανώριμα προγονικά γλοιακά κύτταρα σε εγκεφάλους τρωκτικών οδήγησε στο σχηματισμό αστροκυττάρων με την περίπλοκη μορφολογική πολυπλοκότητα του ανθρώπινου εγκεφάλου, υποδηλώνοντας ότι το μέγεθος και η δομική αρχιτεκτονική των αστροκυττάρων είναι εγγενείς στην κυτταρική τους καταγωγή [6] . Είναι ενδιαφέρον ότι αυτά τα κύτταρα ανέλαβαν τα χαρακτηριστικά της θέσης και της λειτουργίας τους, αποδεικνύοντας την ευνοϊκή φύση των αστροκυττάρων στην προσαρμογή [6].

Τα αστροκύτταρα παρουσιάζουν αξιοσημείωτες διαφορές μεταξύ των περιοχών του εγκεφάλου [22]. Για παράδειγμα, τα αστροκύτταρα παρουσιάζουν διακριτές διαφορές μεταξύ της φαιάς και της λευκής ουσίας [22]. Με βάση τα μορφολογικά χαρακτηριστικά, τα αστροκύτταρα ονομάζονται πρωτοπλασματικά αστροκύτταρα στη φαιά ουσία και ινοσαστροκύτταρα στη λευκή ουσία [1] (Εικ. 1). Τα ινώδη αστροκύτταρα χαρακτηρίζονται από τους μικρότερους πυρήνες τους και εκτείνουν τους κλάδους τους κατά μήκος των αξόνων παράλληλα, δίνοντας στον άνθρωπο επιμήκη μορφολογία [1].

Τα ινώδη αστροκύτταρα περιέχουν μεγαλύτερες ποσότητες νημάτων από τα πρωτοπλασματικά αστροκύτταρα [27] για να υποστηρίξουν δομικά τους επιμήκεις και εκτεταμένους κλάδους τους[28-30]. Επομένως, η Γλοιακή Όξινη Ινιδική Πρωτεΐνη (GFAP) είναι πιο εμφανής σε αυτά τα κύτταρα.

Τα πρωτοπλασματικά αστροκύτταρα είναι μεγαλύτερα με λεπτούς περίτεχνους κλάδους κατανεμημένους γύρω από το κυτταρικό σώμα, επιτυγχάνοντας το χαρακτηριστικό «αστεροειδές» σχήμα τους. Είναι ενδιαφέρον ότι αυτή η εξαρτώμενη από τη θέση ειδικότητα των αστροκυττάρων διατηρείται εξίσου καλά στον ανθρώπινο εγκέφαλο, εκτός από το ότι είναι μεγαλύτερα και τα πρωτοπλασματικά αστροκύτταρα έχουν πιο πολύπλοκες αρχιτεκτονικές λεπτομέρειες [31].

Κατά συνέπεια, η συμμετοχή των αστροκυττάρων στην τριμερή σύναψη ενισχύεται στον ανθρώπινο εγκέφαλο. Σε συμφωνία με τη διαφορετική μορφολογία που αντικατοπτρίζει διαφορετικές λειτουργίες, τα πρωτοπλασματικά και τα ινώδη αστροκύτταρα έχουν διαφορετικά προφίλ έκφρασης πρωτεΐνης. Για παράδειγμα, το σύμπλεγμα της διαφοροποίησης 44 (CD44, [32] νηματοειδείς πρωτεΐνες όπως η βιμεντίνη και το GFAP [33] εκφράζονται άφθονα από ινώδη αστροκύτταρα στη λευκή ουσία.

Η πλειονότητα των αστροκυττάρων με φαιά ουσία δεν εκφράζει GFAP [34, 35] εκτός εάν υπάρχει τραυματισμός.

Τα επίπεδα έκφρασης του GFAP είναι σημαντικά καθώς επιτρέπουν γρήγορη επαναλαμβανόμενη έναντι μεγαλύτερης αλλά υψηλής πιστότητας αγωγιμότητα σήματος στη φαιά ουσία και τη λευκή ουσία, αντίστοιχα. Το CD44, από την άλλη πλευρά, είναι ένας υποδοχέας υαλουρονικής, υποδηλώνοντας μια σημαντική αλληλεπίδραση μεταξύ των αστροκυττάρων της λευκής ύλης και της εξωκυτταρικής μήτρας.

Τα αστροκύτταρα ρυθμίζουν επίσης την ομοιόσταση του γλουταμικού. Τα αστροκύτταρα φαιάς ουσίας εκφράζουν πέντε μείζονες γλουταμινικούς μεταφορείς, ενώ τα αστροκύτταρα λευκής ουσίας εκφράζουν μόνο GLT-1 και GLAST[36-38].

Παρόλο που τα επίπεδα έκφρασης των μεταφορέων γλουταμικού είναι υψηλότερα στα αστροκύτταρα της λευκής ύλης [37], η δραστηριότητα των μεταφορέων γλουταμικού είναι φαινομενικά υψηλότερη στη φαιά ουσία λόγω του υψηλότερου αριθμού συνάψεων [39].

Δεδομένων των άφθονων συναριθμών στον φλοιό, για παράδειγμα, η δραστηριότητα μεταφοράς γλουταμικού είναι υψηλότερη στο σωμάτιο κάλλος [39]. Μαζί με την αυξημένη ικανότητα για την ανακύκλωση αστροκυττάρων από γλουταμικό σε γλουταμίνη, η ανάγκη για πιο αποτελεσματική κάθαρση γλουταμικού γίνεται εμφανής για να διατηρηθούν τα επίπεδα γλουταμικού στο μισό περίπου των επιπέδων της φαιάς ουσίας [39].

Διεγερτοτοξικότητα εργαλειοδενδροκυττάρων μέσω ενεργοποίησης των υποδοχέων AMPA και Kainate [40-48], αλλά όχι των υποδοχέων NMDA [49], υπογραμμίζει τη σημασία της κάθαρσης γλουταμικού από αστροκύτταρα στη λευκή ουσία για τη διατήρηση των αλληλεπιδράσεων ολιγοδενδροκυττάρων-αξόνων και τη διατήρηση της αγωγιμότητας σε μια ποικιλία υποδοχέων η μεμβράνη των αστροκυττάρων πυροδοτεί την απελευθέρωση Ca2+ από τις εσωτερικές αποθήκες, το οποίο μπορεί να εξαπλωθεί σε κοντινά αστροκύτταρα και να προκαλέσει ένα κύμα Ca{5}} [50] στα αστροκύτταρα που διαδίδεται μέσω διασταυρώσεων κενού μέσω ενός περίπλοκου δικτύου [51-53] για να παραδώσετε ένα σήμα γρήγορης μεγάλης απόστασης.

Τα αστροκύτταρα έχουν μη επικαλυπτόμενες περιοχές [35] αλλά δρουν ομόφωνα για να στρατολογήσουν κοντινά αστροκύτταρα λόγω των κενών τους. Είναι ενδιαφέρον ότι αυτή η στρατολόγηση φτάνει σε διάμετρο ~400 μm σε φαιά ουσία, που περιλαμβάνει ~100 αστροκύτταρα. Αυτό το δίκτυο φαίνεται ότι είναι πιο περίτεχνο στο οπτικό νεύρο λόγω της υψηλής σύζευξης των αστροκυττάρων [54], αν και η λειτουργική συσχέτιση παραμένει άγνωστη. Επιπλέον, η σηματοδότηση Na+ παίζει σημαντικό ρόλο στη διατήρηση της αστροκυτταρικής ομοιόστασης.

Αξίζει να σημειωθεί, ότι η συγκέντρωση του κυτταροζολικού Na+ στα αστροκύτταρα είναι τυπικά υψηλότερη από ό,τι στους νευρώνες [1, 55] και η εισροή Na+ στα αστροκύτταρα διαδίδεται από τις διεργασίες στο σώμα και στα γειτονικά κύτταρα μέσω των κενών συνδέσεων [55-57].

Το Na+ μπορεί να εισέλθει στα αστροκύτταρα είτε μέσω κατιονικών διαύλων (π.χ. υποδοχείς P2X και NMDA, κανάλια TRP και συγκεκριμένα κανάλια Na+ που ονομάζονται Nax) είτε μέσω εξαρτώμενων από Na{3}}μεταφορείς (π.χ. μεταφορείς διεγερτικών αμινοξέων τύπου 1 και 2, μεταφορέας GABA τύπου 1 και 3, γλυκίνη μεταφορείς τύπου 1, μεταφορείς νοραδρεναλίνης και ντοπαμίνης και ουδέτεροι μεταφορείς Na+-συζευγμένων αμινοξέων) [1, 58, 59].

Η πλειονότητα των μεταφορέων πλάσματος όχι μόνο δρουν ως αισθητήρες αλλά και ως τροποποιητές του κυτταροσολικού Na+ [1]. Από την άλλη πλευρά, η Na+/K+ ATPase (NKA) είναι κυρίως υπεύθυνη για την απελευθέρωση Na+ από τα αστροκύτταρα [60]. Το αστροκυτταρικό NKA έχει χαμηλότερη συγγένεια με το Κ+ από ότι στους νευρώνες, επειδή περιέχει 2 υπομονάδες αντί για 1 και 3 υπομονάδες στους νευρώνες [61, 62].

Επομένως, το αστροκυτταρικό NKA είναι σημαντικό για την αίσθηση και τη διατήρηση της ισορροπίας K+. Επίσης, ρυθμίζοντας το K+ κατά τη διάρκεια της νευρωνικής δραστηριότητας, το NKA παίζει σημαντικό ρόλο στην παραγωγή της παραγωγής γαλακτικού στα αστροκύτταρα [63-65]. Επιπλέον, τα αστροκύτταρα εκφράζουν και τους τρεις υποτύπους του εναλλάκτη Na+/Ca2+ (NCX) που είναι ένας άλλος σημαντικός παράγοντας στη ρύθμιση του Na+ [60, 66, 67].

Το αστροκυτταρικό NCX είναι ευαίσθητο σε αλλαγές στην κυτταροπλασματική συγκέντρωση Na+ και Ca2+που είναι κατάλληλο για το ρόλο τους στη διατήρηση της ιοντικής ομοιόστασης των αστροκυττάρων [68, 69]. Ειδικότερα, τα μιτοχόνδρια αστροκυττάρων εκφράζουν μια μοναδική εκδοχή του εναλλάκτη που ονομάζεται NCLX, ο οποίος μπορεί να ανταλλάξει Li+ αντί για Na+ και να συμβάλει σημαντικά στη διατήρηση της μιτοχονδριακής λειτουργίας στα αστροκύτταρα [70-72].

For more information:1950477648nn@gmail.com