Mitohondriji astrocita u ozljedi bijele tvari, 1. dio

Sažetak

Ovaj pregled sažima raznoliku strukturu i funkciju astrocita kako bi se opisala bioenergetska svestranost koja se zahtijeva od astrocita koji se nalaze na različitim mjestima. Međustanična domena mitohondrija astrocita definira njihovu ulogu u podržavanju i reguliranju sprezanja astrocita i neurona i preživljavanja protiv ishemije.

Odnos između neuronskog spajanja i pamćenja uvijek je privlačio veliku pozornost. Neuronsko spajanje odnosi se na veze i interakcije između neurona kroz sinapse, dok je pamćenje sposobnost ljudskog mozga da pohranjuje i priziva informacije o određenim događajima ili aktivnostima nakon što ih doživi.

Utjecaj neuronskog spajanja na pamćenje uglavnom se ogleda u sljedećim aspektima:

Prvo, neuronsko spajanje može olakšati pohranu memorije. Tijekom različitih procesa učenja ili iskustva, nakon uspostavljanja veza između neurona, te će veze biti ojačane, promičući prijenos i pohranu informacija između neurona. Stoga, kada se trebamo prisjetiti događaja koji smo doživjeli, veze između tih neurona mogu nam pomoći da brže i točnije pronađemo relevantne informacije, čime se poboljšava memorija.

Drugo, neuronsko spajanje također može ubrzati vraćanje sjećanja. Kada se trebamo prisjetiti nekog događaja, aktivirat će se sprega između neurona, što nam omogućuje da brzo izvučemo relevantne informacije i da se jasnije prisjetimo onoga što smo doživjeli. Stoga nam povezivanje između neurona također može pomoći da brže dohvatimo i prisjetimo se informacija.

Osim toga, spajanje neurona može pospješiti dugoročno očuvanje pamćenja. Kada se prisjetimo događaja ili informacije, veza između neurona je ojačana i stvara način dugotrajne veze i pohrane. Ova veza ne samo da osigurava da se informacije mogu dohvatiti i brzo pozvati u kratkom roku, već također omogućuje da se informacije sačuvaju u dugoročnom pamćenju.

Ukratko, sprega između neurona ima vrlo važan utjecaj na naše pamćenje. Jačanjem veza među neuronima možemo brže, točnije i dugoročno pohranjivati ​​i dohvaćati informacije, što nam pomaže da se bolje nosimo s izazovima s kojima se susrećemo u učenju, radu i životu. Vidi se da moramo poboljšati pamćenje, a Cistanche deserticola može značajno poboljšati pamćenje jer je Cistanche deserticola tradicionalni kineski ljekoviti materijal koji ima mnogo jedinstvenih učinaka, a jedno od njih je i poboljšanje pamćenja. Djelotvornost Cistanche deserticola proizlazi iz brojnih aktivnih sastojaka koje sadrži, uključujući taninsku kiselinu, polisaharide, flavonoidne glikozide itd. Ovi sastojci mogu promicati zdravlje mozga na različite načine.

Pritisnite Know10 načina za poboljšanje pamćenja

Heterogenost astrocitemitohondrija i način na koji se subpopulacije astrocitnih mitohondrija prilagođavaju interakciji s drugim glijama i reguliraju funkciju aksona, zahtijevaju daljnja istraživanja.

Postalo je jasno da prijelazne pore mitohondrijske propusnosti igraju ključnu ulogu u velikom broju ljudskih bolesti, čija se uobičajena patologija može temeljiti na mitohondrijskoj disfunkciji koju pokreće Ca 2+ i potencira oksidativni stres. Reaktivne vrste kisika uzrokuju degeneraciju aksona i smanjenje transporta aksona, što dovodi do distrofije aksona i neurodegeneracije uključujući Alzheimerovu bolest, amiotrofičnu lateralnu sklerozu, Parkinsonovu bolest i Huntingtonovu bolest.

Razvijanje novih alata za omogućavanje boljeg istraživanja strukture i funkcije mitohondrija u astrocitima i tehnika za specifično ciljanje mitohondrija astrocita može pomoći u otkrivanju uloge zdravlja i disfunkcije mitohondrija u inkluzivnijem kontekstu izvan neuronskih stanica.

Sveukupno, ovaj će pregled procijeniti vrijednost mitohondrija astrocita kao terapeutske mete za ublažavanje akutnih i kroničnih ozljeda središnjeg živčanog sustava.

Ključne riječi

Glija stanice; Mitohondrijska dinamika; Neurovaskularne ozljede; Neurodegenerativne bolesti;Astroglijalne interakcije; Degeneracija aksona.

Uvod

Astrociti su najrasprostranjenije glija stanice u središnjem živčanom sustavu (SŽS) i nalaze se u cijeloj sivoj i bijeloj tvari, ispod tvrde tvari i oko cerebralnih žila (Slika 1).

Nakon toga, astrociti se specijaliziraju za brojne ključne funkcije na temelju njihove lokacije kao što su održavanje homeostaze mozga, regulacija izvanstaničnog okoliša, formiranje i održavanje krvno-moždane barijere (BBB) ​​i neurovaskularne jedinice (NVU) [1], prilagodba cerebralnog protoka krvi [2-4] i reguliranje pH [5].

Budući da astrociti uravnotežuju unos i otpuštanje glutamata, oni nadziru aktivnost neurona i sinaptičku funkciju te trodijelnu sinapsu kako bi olakšali učenje i pamćenje [6]. Astrociti mogu pohraniti glukozu kao glikogen i održavati pohranu glikogena kako bi je pretvorili u laktat kada je glukoza niska ili povećana aktivnost [7, 8] i prebacivati ​​laktat za podršku metabolizmu neurona i glije [9-11].

Kontrolirajući otpuštanje ATP-a [12] i umrežavanje Ca2+, astrociti prilagođavaju ciklus spavanja i budnosti [13] i olakšavaju prijenos i razmjenu topivih supstrata između cerebrospinalne tekućine i intersticijske tekućine [14-16]. Astrociti također aktivno moduliraju provođenje aksona [17] kao i formiranje i obrezivanje sinapsi [18, 19].

Ovaj golemi funkcionalni repertoar još je više povećan u ljudskom mozgu zbog značajne složenosti ljudskih astrocita u usporedbi s glodavcima [20]. Ova povećana složenost ljudskih astrocita, zajedno s oligodendrocitima i povećanjem volumena bijele tvari[21], smatra se jednim od istaknutih razloga za veću kognitivnu funkciju kod ljudi u usporedbi s glodavcima.

Budući da se astrociti integriraju u mnoge jedinice koje služe specijaliziranoj funkciji u mozgu, očekuje se da se astrociti strukturno prilagode svom položaju i funkciji [22]. U središnjem živčanom sustavu astrociti potječu uglavnom iz radijalnih glijalnih stanica i neki iz progenitorskih stanica u leđnoj moždini [23-26], dok postoji kontinuirana generacija astrocita u odraslom mozgu u subventrikularnim stanicama [25].

Podrijetlo astrocita također može pridonijeti morfološkoj heterogenosti i anatomskom odredištu astrocita, što na kraju određuje njegovu funkciju.

U skladu s ovim konceptom, transplantacija astrocita izvedenih iz ljudskih nezrelih glijalnih stanica preteča u mozgove glodavaca rezultirala je stvaranjem astrocita sa složenom morfološkom složenošću ljudskog mozga, što sugerira da su veličina i strukturna arhitektura astrocita intrinzični njihovom staničnom podrijetlu [6] . Zanimljivo je da su te stanice preuzele karakteristike svog položaja i funkcije, pokazujući pogodnu prirodu astrocita za prilagodbu [6].

Astrociti pokazuju značajne razlike između regija mozga [22]. Na primjer, astrociti pokazuju jasne razlike između sive i bijele tvari [22]. Na temelju morfoloških karakteristika, astrociti se nazivaju protoplazmatski astrociti u sivoj tvari i fibrousastrociti u bijeloj tvari [1] (slika 1). Vlaknaste astrocite karakterizira njihova manja jezgra i oni paralelno pružaju svoje grane duž aksona, dajući čovjeku produženu morfologiju [1].

Vlaknasti astrociti sadrže veće količine filamenata nego protoplazmatski astrociti [27] kako bi strukturno poduprli svoje izdužene i proširene grane [28-30]; stoga je Glialni kiseli fibrilarni protein (GFAP) istaknutiji u tim stanicama.

Protoplazmatski astrociti su veći s finim razrađenim granama raspoređenim oko tijela stanice, postižući svoj karakterističan "zvjezdasti" oblik. Zanimljivo je da je ova specifičnost astrocita ovisna o lokaciji jednako dobro očuvana u ljudskom mozgu, osim što su veći, a protoplazmatski astrociti imaju složenije arhitektonske detalje [31].

Posljedično, sudjelovanje astrocita u tripartitnoj sinapsi je pojačano u ljudskom mozgu. U skladu s raznolikom morfologijom koja odražava različite funkcije, protoplazmatski i fibrozni astrociti imaju različite profile ekspresije proteina. Na primjer, klaster diferencijacije 44 (CD44; [32] filamentozni proteini kao što su vimentin i GFAP [33] obilno se eksprimiraju fibroznim astrocitima u bijeloj tvari.

Većina astrocita sive tvari ne izražava GFAP [34, 35] osim ako nema ozljede.

Razine ekspresije GFAP-a važne su jer omogućuju brzo ponavljajuće naspram duljeg, ali visokovjernog provođenja signala u sivoj odnosno bijeloj tvari. CD44 je, s druge strane, hijaluronski receptor, što ukazuje na važnu interakciju između astrocita bijele tvari i izvanstaničnog matriksa.

Astrociti također reguliraju homeostazu glutamata. Astrociti sive tvari izražavaju pet glavnih glutamatnih prijenosnika, dok astrociti bijele tvari izražavaju samo GLT-1 i GLAST[36-38].

Iako su razine ekspresije prijenosnika glutamata veće u astrocitima bijele tvari [37], aktivnost prijenosnika glutamata je naizgled veća u sivoj tvari zbog većeg broja sinapsi [39].

S obzirom na obilan broj sinapsi u korteksu, na primjer, transportna aktivnost glutamata najveća je u corpuscallosumu [39]. Zajedno s povećanim kapacitetom kruženja glutamata u glutamin u astrocitima bijele tvari, postaje očiglednija potreba za učinkovitijim čišćenjem glutamata kako bi se razine glutamata zadržale na otprilike polovici razina sive tvari [39].

Ekscitotoksičnost oligodendrocita putem aktivacije AMPA i Kainate receptora [40-48], ali ne i NMDA receptora [49], naglašava važnost čišćenja glutamata od strane astrocita u bijeloj tvari za očuvanje interakcija oligodendrocita i aksona i za održavanje vodljivosti. Aktivacija raznih receptora na stanična membrana astrocita pokreće oslobađanje Ca2+ iz unutarnjih zaliha, koje se može proširiti na obližnje astrocite i pokrenuti Ca2+ val [50]kroz astrocite koji se širi preko spojeva kroz zamršenu mrežu [51-53] za isporuku brzog signala na velike udaljenosti.

Astrociti imaju domene koje se ne preklapaju [35], ali djeluju usklađeno kako bi regrutirali obližnje astrocite zbog svojih praznih spojeva. Zanimljivo, ovo regrutiranje doseže promjer od ~400 μm u sivoj tvari, obuhvaćajući ~100 astrocita. Pokazalo se da je ova mreža najsloženija u optičkom živcu zbog velike sprege astrocita [54], iako funkcionalna korelacija ostaje nepoznata. Osim toga, Na+ signalizacija igra važnu ulogu u održavanju astrocitne homeostaze.

Važno je napomenuti da je koncentracija citosolnog Na+ u astrocitima obično viša nego u neuronima [1, 55], a priljev Na+ u astrocite širi se od procesa do soma i u susjedne stanice kroz spojeve [55-57].

Na+ može ući u astrocite ili kroz kationske kanale (npr. P2X i NMDA receptore, TRP kanale i specifične Na+ zvane Nax kanale) ili Na+-ovisne transportere (npr. ekscitatorni transporteri aminokiselina tipa 1 i 2, GABA transporter tip 1 i 3, glicin transporteri tipa 1, transporteri noradrenalina i dopamina i transporteri neutralnih aminokiselina povezani s Na+-) [1, 58, 59].

Većina transportera plazmaleme ne samo da djeluju kao senzori, već i kao modifikatori citosolnog Na+ [1]. S druge strane, Na+/K+ ATPaza (NKA) uglavnom je odgovorna za otpuštanje Na+ iz astrocita [60]. Astrocitni NKA ima manji afinitet prema K+ nego u neuronima jer sadrži 2 podjedinice umjesto 1 i 3 podjedinice u neuronima [61, 62].

Stoga je astrocitna NKA važna za osjet i održavanje ravnoteže K+. Također, puferiranjem K+ tijekom neuronske aktivnosti, NKA igra važnu ulogu u proizvodnji proizvodnje laktata u astrocitima [63-65]. Osim toga, astrociti izražavaju sva tri podtipa Na+/Ca2+ izmjenjivača (NCX) koji je još jedan važan igrač u regulaciji Na+ [60, 66, 67].

Astrocitni NCX je osjetljiv na promjene u citosolnoj koncentraciji Na+ i Ca2+ što je pogodno za njihovu ulogu u očuvanju ionske homeostaze astrocita [68, 69]. Konkretno, mitohondriji astrocita izražavaju jedinstvenu verziju izmjenjivača nazvanu NCLX koji može izmjenjivati ​​Li+ umjesto Na+ i značajno pridonosi održavanju mitohondrijske funkcije u astrocitima [70-72].

For more information:1950477648nn@gmail.com