Kluczowy mechanizm, który wykrywa, kiedy mózg potrzebuje dodatkowego zastrzyku energii dla podtrzymania swojej aktywności, został zidentyfikowany w badaniu na myszach i komórkach prowadzonym przez naukowców z UCL.

Naukowcy twierdzą, że ich odkrycia, opublikowane w Naturamogą przyczynić się do opracowania nowych terapii mających na celu utrzymanie zdrowia mózgu i długowieczności, gdyż inne badania wykazały, że metabolizm energetyczny mózgu może ulec zaburzeniu w późnym okresie życia i przyczynić się do pogorszenia funkcji poznawczych i rozwoju chorób neurodegeneracyjnych.

Główny autor, profesor Alexander Gourine (UCL Neuroscience, Physiology & Pharmacology), powiedział: „Nasze mózgi składają się z miliardów komórek nerwowych, które współpracują ze sobą, koordynując liczne funkcje i wykonując złożone zadania, takie jak kontrola ruchu, uczenie się i tworzenie wspomnień. Wszystkie te obliczenia są bardzo energochłonne i wymagają nieprzerwanego dopływu składników odżywczych i tlenu.

„Kiedy nasz mózg jest bardziej aktywny, na przykład gdy wykonujemy zadanie wymagające wysiłku umysłowego, nasz mózg potrzebuje natychmiastowego zastrzyku energii, ale dokładne mechanizmy, które zapewniają lokalne dostarczanie energii metabolicznej do aktywnych obszarów mózgu na żądanie, nie są w pełni poznane”.

Wcześniejsze badania wykazały, że liczne komórki mózgowe zwane astrocytami wydają się odgrywać rolę w dostarczaniu neuronom mózgowym energii, której potrzebują. Astrocyty, mające kształt gwiazd, są rodzajem komórek glejowych, które są komórkami nieneuronalnymi występującymi w ośrodkowym układzie nerwowym. Kiedy sąsiadujące neurony potrzebują zwiększonej podaży energii, astrocyty wkraczają do akcji, szybko aktywując własne magazyny glukozy i metabolizm, co prowadzi do zwiększonej produkcji i uwalniania mleczanu. Mleczan uzupełnia pulę energii, która jest łatwo dostępna do wykorzystania przez neurony w mózgu.

Profesor Gourine wyjaśnił: „W naszych badaniach odkryliśmy, w jaki sposób astrocyty są w stanie monitorować zużycie energii przez sąsiadujące komórki nerwowe i rozpocząć proces, który dostarcza dodatkową energię chemiczną do ruchliwych obszarów mózgu”.

W serii eksperymentów z wykorzystaniem modeli myszy i próbek komórek naukowcy zidentyfikowali zestaw specyficznych receptorów w astrocytach, które mogą wykrywać i monitorować aktywność neuronalną oraz uruchamiać szlak sygnałowy obejmujący niezbędną cząsteczkę zwaną adenozyną. Naukowcy odkryli, że szlak sygnałowy metaboliczny aktywowany przez adenozynę w astrocytach jest dokładnie taki sam, jak szlak, który rekrutuje magazyny energii w mięśniach i wątrobie, na przykład podczas ćwiczeń.

Adenozyna aktywuje metabolizm glukozy w astrocytach i dostarczanie energii do neuronów, zapewniając ciągłą pracę synaps (neuroprzekaźników przekazujących sygnały komunikacyjne między komórkami) w warunkach dużego zapotrzebowania na energię lub zmniejszonej podaży energii.

Naukowcy odkryli, że po dezaktywacji kluczowych receptorów astrocytów u myszy aktywność mózgu zwierzęcia była mniej efektywna, a w efekcie doszło do znacznych zaburzeń globalnego metabolizmu mózgu, pamięci i zaburzeń snu. Dowodzi to, że zidentyfikowana przez nich ścieżka sygnałowa ma kluczowe znaczenie dla takich procesów, jak uczenie się, pamięć i sen.

Pierwszy i współautor korespondencyjny dr Shefeeq Theparambil, który rozpoczął badanie na UCL, zanim przeniósł się na Lancaster University, powiedział: „Identyfikacja tego mechanizmu może mieć szersze implikacje, ponieważ może być sposobem leczenia chorób mózgu, w których energetyka mózgu jest w dół regulowana, takich jak neurodegeneracja i demencja”.

Profesor Gourine dodał: „Wiemy, że homeostaza energii mózgu jest stopniowo upośledzana w procesie starzenia się, a proces ten przyspiesza się podczas rozwoju chorób neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera. Nasze badanie identyfikuje atrakcyjny, łatwo poddający się leczeniu cel i terapeutyczną możliwość ratowania energii mózgu w celu ochrony funkcji mózgu, utrzymania zdrowia poznawczego i promowania długowieczności mózgu”.

Prace badawcze wspierała fundacja Wellcome, a w badaniu wzięli udział naukowcy z UCL, Uniwersytetu Lancaster, Imperial College w Londynie, King’s College w Londynie, Queen Mary University w Londynie, University of Bristol, University of Warwick i University of Colorado.



Source link