Открытие механизма повышения энергии мозга

краткое содержание: Исследователи определили ключевой механизм определения того, когда мозгу требуется прилив энергии, в котором участвуют астроциты и молекула аденозина. Это открытие может привести к созданию новых методов лечения для поддержания здоровья мозга и долголетия, особенно в борьбе со снижением когнитивных функций и нейродегенеративными заболеваниями.

Исследование показало, что астроциты контролируют нервную активность и активируют пути, снабжающие мозг энергией, обеспечивая его эффективную работу. Это открытие предлагает потенциальные методы лечения таких состояний, как болезнь Альцгеймера.

Ключевые факты:

1. Астроциты играют решающую роль в обеспечении нейронов энергией во время активности с высокими требованиями.
2. Молекула аденозина необходима для активации метаболизма глюкозы в астроцитах.
3. Отключение этого механизма повышения энергии ухудшает работу мозга, память и сон.

источник: Университетский колледж Лондона

Ключевой механизм, который показывает, когда мозгу требуется дополнительный заряд энергии для поддержания его деятельности, был идентифицирован в исследовании на мышах и клетках, проведенном учеными из Лондонского университета.

Ученые говорят, что их результаты, которые были опубликованы в природаЭто открытие может помочь нам разработать новые методы лечения для поддержания здоровья мозга и долголетия, поскольку другие исследования показали, что энергетический метаболизм мозга может нарушаться в позднем возрасте и способствовать ухудшению когнитивных функций и развитию нейродегенеративных заболеваний.

Ведущий автор, профессор Александр Горин (неврология, физиология и фармакология, Университетский колледж Лондона) сказал: «Наш мозг состоит из миллиардов нейронов, которые работают вместе, чтобы координировать многие функции и выполнять сложные задачи, такие как контроль движения, обучение и формирование воспоминаний. Все эти расчеты требуют высокой энергии и требуют постоянной подачи питательных веществ и кислорода.

«Когда наш мозг наиболее активен, например, когда мы выполняем умственно напряженную задачу, наш мозг нуждается в немедленном приливе энергии, но точные механизмы, которые обеспечивают локальное снабжение активных областей мозга метаболической энергией по требованию, до конца не изучены».

Предыдущие исследования показали, что многие клетки мозга, называемые астроцитами, играют роль в обеспечении нейронов мозга необходимой им энергией. Астроциты, имеющие форму звезд, представляют собой тип глиальных клеток, которые представляют собой ненейрональные клетки, обнаруженные в центральной нервной системе.

Когда соседним нейронам требуется увеличение энергоснабжения, астроциты быстро вмешиваются, активируя свои собственные запасы глюкозы и метаболизируя их, что приводит к увеличению производства и высвобождения лактата. Лактат дополняет запас энергии, доступной для использования нейронами мозга.

Профессор Горин объяснил: «В нашем исследовании мы обнаружили, как именно астроциты способны контролировать использование энергии соседними нейронами и инициировать этот процесс, который обеспечивает дополнительную химическую энергию перегруженным областям мозга».

В серии экспериментов с использованием моделей мышей и образцов клеток исследователи определили набор специфических рецепторов в астроцитах, которые могут обнаруживать и контролировать нервную активность, стимулируя сигнальный путь, в котором участвует важная молекула под названием аденозин.

Исследователи обнаружили, что метаболический сигнальный путь, который аденозин активирует в астроцитах, — это тот же путь, который рекрутирует запасы энергии в мышцах и печени, например, когда мы тренируемся.

Аденозин активирует метаболизм глюкозы в астроцитах и ​​снабжает нейроны энергией, обеспечивая, чтобы синаптическая функция (нейротрансмиттеры, передающие сигналы связи между клетками) продолжалась быстрыми темпами в условиях высокого спроса на энергию или низкого энергообеспечения.

Исследователи обнаружили, что когда они инактивировали ключевые рецепторы астроцитов у мышей, деятельность мозга животного была менее эффективной, включая значительные нарушения мозгового метаболизма, памяти и сна, тем самым показывая, что выявленный ими сигнальный путь жизненно важен для таких процессов, как обучение, память. и спать.

Первый автор и соавтор исследования доктор Шафик Типарамбил, который начал исследование в Лондонском университете, прежде чем переехать в Ланкастерский университет, сказал: «Идентификация этого механизма может иметь более широкие последствия, поскольку это может быть способом лечения заболеваний головного мозга, при которых регулируется энергия мозга. подавляется, например, нейродегенерация и деменция».

Профессор Горин добавил: «Мы знаем, что энергетический баланс мозга постепенно ослабевает с возрастом, и этот процесс ускоряется при развитии нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера.

«Наше исследование определяет привлекательную, легко поддающуюся лечению цель и терапевтическую возможность сохранить энергию мозга с целью защиты функций мозга, поддержания когнитивного здоровья и обеспечения долголетия мозга».

Финансирование: Исследователи получили поддержку от Wellcome Foundation, а в исследовании приняли участие ученые из Лондонского университета, Ланкастерского университета, Имперского колледжа Лондона, Королевского колледжа Лондона, Лондонского университета королевы Марии, Бристольского университета, Уорикского университета и Университета Колорадо. .

О новостях нейробиологических исследований

автор: Крис Линн
источник: Университетский колледж Лондона
коммуникация: Крис Лейн — UCL
картина: Изображение взято из новостей нейронауки.

Исходный поиск: Открытый доступ.
«Передача сигналов аденозина астроцитам координирует метаболизм и функции мозга«Александр Горин и др. природа

Резюме

Передача сигналов аденозина астроцитам координирует метаболизм и функции мозга

Расчеты мозга, выполняемые миллиардами нейронов, зависят от адекватного и постоянного поступления питательных веществ и кислорода.

Астроциты, вездесущие соседи нейронов, контролируют поглощение и метаболизм глюкозы в мозге, но точные механизмы метаболической связи между нейронами и астроцитами, которые обеспечивают поддержку энергетических потребностей нейронов по требованию, до конца не изучены.

Здесь мы показываем, используя экспериментальные модели животных in vitro и in vivo, что зависимая от активности нейронов метаболическая активация астроцитов опосредуется нейромодулятором аденозином, действующим на рецепторы A2B астроцитов. Стимуляция рецептора A2B рекрутирует классическую циклическую аденозин-3′,5′-монофосфатпротеинкиназу.

Сигнальный путь, который приводит к быстрой активации метаболизма глюкозы в астроцитах и ​​высвобождению лактата, который дополняет легкодоступный внеклеточный энергетический резерв.

Экспериментальные модели на мышах, включающие условное удаление гена, кодирующего рецептор A2B в астроцитах, продемонстрировали, что опосредованная аденозином метаболическая передача сигналов необходима для поддержания синаптической функции, особенно в условиях высокой потребности в энергии или низкой подачи энергии.

Инактивация экспрессии рецепторов A2B в астроцитах привела к серьезному перепрограммированию энергетического метаболизма мозга, предотвращению синаптической пластичности в гиппокампе, значительному ухудшению памяти узнавания и нарушению сна.

Эти данные идентифицируют аденозиновый рецептор A2B как сенсор нейронной активности астроцитов и показывают, что передача сигналов цАМФ в астроцитах регулирует энергетический метаболизм мозга для поддержки их основных функций, таких как сон и память.