Astrotsüütide mitokondrid valgeaine vigastuses, 1. osa

Abstraktne

See ülevaade võtab kokku astrotsüütide mitmekesise struktuuri ja funktsiooni, et kirjeldada erinevates kohtades paiknevate astrotsüütide bioenergeetilist mitmekülgsust. Astrotsüütide mitokondrite rakkudevaheline domeen määratleb nende rollid astrotsüütide-neuronite sidumise ja isheemiavastase ellujäämise toetamisel ja reguleerimisel.

Neuronaalse sidumise ja mälu seos on alati palju tähelepanu pälvinud. Neuronaalne sidestamine viitab neuronite vahelistele seostele ja interaktsioonidele sünapside kaudu, mälu on aga inimese aju võime salvestada ja meelde tuletada teavet teatud sündmuste või tegevuste kohta pärast nende kogemist.

Neuronaalse sidestamise mõju mälule kajastub peamiselt järgmistes aspektides:

Esiteks võib neuronite sidumine hõlbustada mälu salvestamist. Erinevate õppimis- või kogemusprotsesside käigus pärast neuronitevaheliste ühenduste tekkimist need ühendused tugevnevad, soodustades info edastamist ja säilitamist neuronite vahel. Seega, kui meil on vaja kogetud sündmust meenutada, võivad nende neuronite vahelised ühendused aidata meil asjakohast teavet kiiremini ja täpsemalt leida, parandades seeläbi mälumahtu.

Teiseks võib neuronite sidumine kiirendada ka mälu otsimist. Kui meil on vaja mõnda sündmust meelde tuletada, aktiveeritakse neuronite vaheline side, mis võimaldab meil kiiresti asjakohast teavet ammutada ja kogetut selgemalt meelde tuletada. Seetõttu võib neuronite vaheline sidumine aidata meil teavet kiiremini hankida ja meelde tuletada.

Lisaks võib neuronaalne sidumine soodustada pikaajalist mälu säilimist. Kui me mäletame sündmust või teavet, tugevneb neuronitevaheline side ja see moodustab pikaajalise ühenduse ja säilitamise viisi. See ühendus mitte ainult ei taga teabe kiiret otsimist ja meeldetuletamist lühikese aja jooksul, vaid võimaldab ka teavet säilitada pikaajalises mälus.

Kokkuvõtteks võib öelda, et neuronite vahelisel seosel on meie mälule väga oluline mõju. Tugevdades neuronite vahelisi ühendusi, saame salvestada ja hankida teavet kiiremini, täpsemalt ja pikaajalisemalt, aidates meil paremini toime tulla väljakutsetega, millega õppimisel, tööl ja elus kokku puutume. On näha, et me peame parandama mälu ja Cistanche deserticola võib oluliselt parandada mälu, sest Cistanche deserticola on traditsiooniline Hiina ravimmaterjal, millel on palju ainulaadseid toimeid, millest üks on mälu parandamine. Cistanche deserticola efektiivsus tuleneb selles sisalduvatest mitmetest aktiivsetest koostisosadest, sealhulgas parkhape, polüsahhariidid, flavonoidglükosiidid jne. Need koostisosad võivad mitmel viisil edendada aju tervist.

Klõpsake nuppu Tea10 viisi mälu parandamiseks

Astrotsüütide mitokondrite heterogeensus ja see, kuidas astrotsüütide mitokondrite alampopulatsioonid kohanduvad, et suhelda teiste gliaatidega ja reguleerida aksoni funktsiooni, nõuavad täiendavat uurimist.

On saanud selgeks, et mitokondriaalse läbilaskvuse üleminekupoorid mängivad võtmerolli paljudes inimeste haigustes, mille tavaline patoloogia võib põhineda mitokondriaalsel düsfunktsioonil, mille käivitab Ca2+ ja mida võimendab oksüdatiivne stress. Reaktiivsed hapnikuliigid põhjustavad aksonite degeneratsiooni ja inaksonite transpordi vähenemist, mis põhjustab aksonite düstroofiat ja neurodegeneratsiooni, sealhulgas Alzheimeri tõbe, amüotroofset lateraalskleroosi, Parkinsoni tõbe ja Huntingtoni tõbe.

Astrotsüütide mitokondriaalse struktuuri ja funktsiooni paremaks uurimiseks mõeldud uute tööriistade väljatöötamine ning astrotsüütide mitokondrite spetsiifilise sihtimise tehnikad võivad aidata lahti harutada mitokondriaalse tervise ja düsfunktsiooni rolli kaasavamas kontekstis väljaspool neuronaalseid rakke.

Üldiselt hinnatakse selles ülevaates astrotsüütide mitokondrite väärtust terapeutilise sihtmärgina kesknärvisüsteemi ägedate ja krooniliste vigastuste leevendamiseks.

Märksõnad

gliiarakud; Mitokondriaalne dünaamika; Neurovaskulaarsed vigastused; Neurodegeneratiivsed haigused;Astrogliaalsed koostoimed; Aksonite degeneratsioon.

Sissejuhatus

Astrotsüüdid on kesknärvisüsteemis (KNS) kõige laiemalt levinud gliiarakud ning need paiknevad hall- ja valgeaines, kõvaaine all ja ajuveresoonte ümber (joonis 1).

Seejärel on astrotsüüdid spetsialiseerunud paljudele võtmefunktsioonidele, mis põhinevad nende asukohal, nagu aju homöostaasi säilitamine, rakuvälise keskkonna reguleerimine, hematoentsefaalbarjääri (BBB) ​​ja neurovaskulaarse üksuse (NVU) moodustamine ja säilitamine [1], aju verevoolu reguleerimine [2–4] ja pH reguleerimine [5].

Kuna astrotsüüdid tasakaalustavad glutamaadi omastamist ja vabanemist, jälgivad nad õppimise ja mälu hõlbustamiseks neuronite aktiivsust ja sünaptilist funktsiooni ning kolmeosalist sünapsi [6]. Astrotsüüdid säilitavad glükoosi glükogeenina ja säilitavad glükogeeni säilitamise, et muuta see laktaadiks, kui glükoosisisaldus on madal või aktiivsus on suurenenud [7, 8], ja süstiklaktaati, et toetada neuronaalset ja gliaalset metabolismi [9–11].

Kontrollides ATP vabanemist [12] ja Ca2+ võrgustumist, kohandavad astrotsüüdid une-ärkveloleku tsüklit [13] ning hõlbustavad lahustuvate substraatide ülekandmist ja vahetust tserebrospinaalvedeliku ja interstitsiaalse vedeliku vahel [14–16]. Astrotsüüdid moduleerivad aktiivselt ka aksoni juhtivust [17], samuti sünapside moodustumist ja kärpimist [18, 19].

See tohutu funktsionaalne repertuaar on inimese ajus veelgi laienenud, kuna inimese astrotsüütides on närilistega võrreldes märkimisväärne keerukus [20]. See inimese astrotsüütide suurenenud keerukus koos oligodendrotsüütide ja valgeaine mahu suurenemisega[21] on väidetavalt üks peamisi põhjuseid, miks ebainimlikel inimestel on närilistega võrreldes kõrgem kognitiivne funktsioon.

Kuna astrotsüüdid integreeruvad paljudesse üksustesse, mis teenivad ajus spetsiaalset funktsiooni, eeldatakse, et astrotsüüdid kohanduvad struktuurselt oma asukoha ja funktsiooniga [22]. Kesknärvisüsteemis pärinevad astrotsüüdid peamiselt radiaalsetest gliiarakkudest ja mõned seljaaju eellasrakkudest [23–26], samas kui subventrikulaarsetes rakkudes toimub pidev astrotsüütide teke täiskasvanud ajus [25].

Astrotsüütide päritolu võib samuti kaasa aidata astrotsüütide morfoloogilisele heterogeensusele ja anatoomilisele sihtkohale, mis määrab lõpuks selle funktsiooni.

Kooskõlas selle kontseptsiooniga põhjustas inimese ebaküpsetest gliia eellasrakkudest saadud astrotsüütide siirdamine näriliste ajudesse inimaju keeruka morfoloogilise keerukusega astrotsüütide moodustumist, mis viitab sellele, et astrotsüütide suurus ja struktuurne arhitektuur on nende tsellulaarsele päritolule omane [6] . Huvitaval kombel omandasid need rakud oma asukoha ja funktsiooni omadused, näidates astrotsüütide kohanemisvõimet [6].

Astrotsüütidel on ajupiirkondade vahel märkimisväärsed erinevused [22]. Näiteks astrotsüütidel on selged erinevused halli ja valge aine vahel [22]. Morfoloogiliste omaduste põhjal nimetatakse astrotsüütideks hallaine protoplasmaastrotsüütide ja valges aines fibrousastrotsüüdid [1] (joonis 1). Kiulisi astrotsüüte iseloomustavad nende väiksemad tuumad ja nad sirutavad oma harusid piki aksoneid paralleelselt, andes neile pikliku morfoloogia [1].

Kiulised astrotsüüdid sisaldavad suuremas koguses filamente kui protoplasmaatilised astrotsüüdid [27], et toetada nende piklikke ja pikendatud oksi [28–30]; seetõttu on glial Acidic Fibrillary Protein (GFAP) nendes rakkudes silmatorkavam.

Protoplasmaatilised astrotsüüdid on suuremad ja peened keerukad oksad paiknevad ümber rakukeha, saavutades neile iseloomuliku "tähelaadse" kuju. Huvitav on see, et see astrotsüütide asukohast sõltuv spetsiifilisus on inimese ajus sama hästi säilinud, välja arvatud see, et need on suuremad ja protoplasmaatilistel astrotsüütidel on keerukamad arhitektuurilised üksikasjad [31].

Järelikult suureneb astrotsüütide osalemine kolmepoolses sünapsis inimese ajus. Kooskõlas mitmesuguse morfoloogiaga, mis peegeldab erinevaid funktsioone, on protoplasmaatilistel ja kiulistel astrotsüütidel erinevad valgu ekspressiooniprofiilid. Näiteks diferentseerumise klastrit 44 (CD44; [32] filamentsed valgud, nagu vimentiin ja GFAP [33], ekspresseerivad rohkesti kiulised astrotsüüdid valgeaines.

Enamik hallaine astrotsüütidest ei ekspresseeri GFAP-i [34, 35], välja arvatud juhul, kui tegemist on vigastusega.

GFAP-i ekspressioonitasemed on olulised, kuna need võimaldavad kiiret korduvat vs pikemat, kuid kõrge täpsusega signaali juhtimist vastavalt hall- ja valgeaines. CD44 on seevastu hüaluronaani retseptor, mis viitab olulisele interaktsioonile valgeaine astrotsüütide ja rakuvälise maatriksi vahel.

Astrotsüüdid reguleerivad ka glutamaadi homöostaasi. Hallaine astrotsüüdid ekspresseerivad viit peamist glutamaadi transportijat, valgeaine astrotsüüdid aga ainult GLT-1 ja GLAST[36–38].

Kuigi glutamaadi transporterite ekspressioonitasemed on kõrgemad valgeaine astrotsüütidel [37], on glutamaadi transporterite aktiivsus suurem sünapside arvu tõttu näiliselt suurem hallaines [39].

Arvestades näiteks ajukoore rohket sünapsiarvu, on glutamaadi transpordiaktiivsus kõrgeim corpuscallosumis [39]. Koos glutamaadist glutamiiniks tsüklilise valgeaine astrotsüütide suurenenud suutlikkusega ilmneb vajadus tõhusama glutamaadi kliirensi järele, et hoida glutamaadi taset ligikaudu poolel halli aine tasemest [39].

Eksitotoksilised tooligodendrotsüüdid AMPA ja kainaadi retseptorite [40–48], kuid mitte NMDA retseptorite [49] aktiveerimise kaudu, rõhutavad astrotsüütide glutamaadi kliirensi tähtsust valgeaines, et säilitada oligodendrotsüütide ja aksoni interaktsioone ja säilitada juhtivus. Erinevate retseptorite aktiveerimine. astrotsüütide rakumembraan vallandab Ca2+ vabanemise sisemistest varudest, mis võib levida lähedalasuvatesse astrotsüütidesse ja algatada Ca2+ laine [50] üle astrotsüütide, mis levib vaheühenduste kaudu läbi keerulise võrgu [51–53] kiire kaugsignaali edastamiseks.

Astrotsüütidel on mittekattuvad domeenid [35], kuid nende vaheühenduste tõttu toimivad nad lähedalasuvate astrotsüütide värbamisel inunisoonselt. Huvitaval kombel ulatub see värbamine halli aine läbimõõduni ~ 400 μm, hõlmates ~ 100 astrotsüüti. See võrk on astrotsüütide suure sidestuse tõttu kõige keerukam nägemisnärvis [54], kuigi funktsionaalne korrelatsioon jääb teadmata. Lisaks on Na+ signaalimisel oluline roll astrotsüütide homöostaasi säilitamisel.

Tähelepanuväärne on see, et tsütosoolse Na+ kontsentratsioon astrotsüütides on tavaliselt kõrgem kui neuronites [1, 55] ja Na+ sissevool astrotsüütides levib protsessidest somadesse ja külgnevatesse rakkudesse vaheühenduste kaudu [55–57].

Na+ võib siseneda astrotsüütidesse kas katioonsete kanalite (nt P2X- ja NMDA-retseptorid, TRP-kanalid ja spetsiifilised Na+-kanalid, mida nimetatakse Nax-kanaliteks) või Na+--sõltuvate transporterite kaudu (nt ergastavad aminohapete transporterid 1. ja 2. tüübid, GABA transporterid 1. ja 3. tüüp, glütsiin transporterid tüüp 1, noradrenaliini ja dopamiini transporterid ning Na+-sidestatud neutraalsed aminohappe transporterid) [1, 58, 59].

Enamik plasmalemma transportijaid ei toimi mitte ainult anduritena, vaid ka tsütosoolse Na + modifikaatoritena [1]. Teisest küljest vastutab Na+/K+ ATPaas (NKA) peamiselt Na+ vabanemise eest astrotsüütidest [60]. Astrotsüütide NKA-l on madalam afiinsus K+ suhtes kui neuronitel, kuna see sisaldab 2 subühikut 1 ja 3 neuronite subühiku asemel [61, 62].

Seetõttu on astrotsüütiline NKA oluline K+ tasakaalu tuvastamiseks ja säilitamiseks. Samuti mängib NKA neuronaalse aktiivsuse ajal K+ puhverdades olulist rolli laktaadi tootmisel astrotsüütides [63–65]. Lisaks ekspresseerivad astrotsüüdid Na+/Ca{5}} vahetaja (NCX) kõiki kolme alatüüpi, mis on veel üks oluline osa Na+ reguleerimisel [60, 66, 67].

Astrotsüütide NCX on tundlik Na+ ja Ca2+ tsütosoolse kontsentratsiooni muutuste suhtes, mis sobib nende rolliga astrotsüütide ioonse homöostaasi säilitamisel [68, 69]. Eelkõige ekspresseerivad astrotsüütide mitokondrid soojusvaheti ainulaadset versiooni, mida nimetatakse NCLX-iks, mis võib Na + asemel vahetada Li + ja aidata oluliselt kaasa mitokondriaalse funktsiooni säilitamisele astrotsüütides [70–72].

For more information:1950477648nn@gmail.com