Astrocytenmitochondria bij wittestofletsel Deel 1

Abstract

Dit overzicht vat de diverse structuur en functie van astrocyten samen om de bio-energetische veelzijdigheid te beschrijven die vereist is van astrocyten die zich op verschillende locaties bevinden. Het intercellulaire domein van astrocyten-mitochondriën definieert hun rol bij het ondersteunen en reguleren van de koppeling tussen astrocyten en neuronen en de overleving tegen ischemie.

De relatie tussen neuronale koppeling en geheugen heeft altijd veel aandacht getrokken. Neuronale koppeling verwijst naar de verbindingen en interacties tussen neuronen via synapsen, terwijl geheugen het vermogen van het menselijk brein is om informatie over bepaalde gebeurtenissen of activiteiten op te slaan en terug te roepen nadat ze zijn ervaren.

De impact van neuronale koppeling op het geheugen komt voornamelijk tot uiting in de volgende aspecten:

Ten eerste kan neuronale koppeling geheugenopslag vergemakkelijken. Tijdens verschillende leer- of ervaringsprocessen zullen, nadat er verbindingen tussen neuronen zijn ontstaan, deze verbindingen worden versterkt, waardoor de overdracht en opslag van informatie tussen neuronen wordt bevorderd. Wanneer we ons een gebeurtenis moeten herinneren die we hebben meegemaakt, kunnen de verbindingen tussen deze neuronen ons helpen sneller en nauwkeuriger relevante informatie te vinden, waardoor de geheugenopslag wordt verbeterd.

Ten tweede kan neuronale koppeling ook het ophalen van herinneringen versnellen. Wanneer we ons een gebeurtenis moeten herinneren, wordt de koppeling tussen neuronen geactiveerd, waardoor we snel relevante informatie kunnen extraheren en ons duidelijker kunnen herinneren wat we hebben meegemaakt. Daarom kan de koppeling tussen neuronen ons ook helpen informatie sneller op te halen en terug te roepen.

Bovendien kan neuronale koppeling het behoud van het langetermijngeheugen bevorderen. Wanneer we ons een gebeurtenis of stukje informatie herinneren, wordt de koppeling tussen neuronen versterkt en vormt dit een manier voor langdurige verbinding en opslag. Deze verbinding zorgt er niet alleen voor dat informatie op de korte termijn snel kan worden opgehaald en opgeroepen, maar zorgt er ook voor dat de informatie in het langetermijngeheugen wordt bewaard.

Samenvattend heeft de koppeling tussen neuronen een zeer belangrijke invloed op ons geheugen. Door de verbindingen tussen neuronen te versterken, kunnen we informatie sneller, nauwkeuriger en langduriger opslaan en ophalen, waardoor we beter kunnen omgaan met de uitdagingen die we tegenkomen bij het leren, werken en leven. Het is duidelijk dat we het geheugen moeten verbeteren, en Cistanche deserticola kan het geheugen aanzienlijk verbeteren, omdat Cistanche deserticola een traditioneel Chinees medicinaal materiaal is dat veel unieke effecten heeft, waaronder het verbeteren van het geheugen. De werkzaamheid van Cistanche deserticola komt voort uit de vele actieve ingrediënten die het bevat, waaronder looizuur, polysachariden, flavonoïde glycosiden, enz. Deze ingrediënten kunnen de gezondheid van de hersenen via verschillende routes bevorderen.

Klik op Weten10 manieren om het geheugen te verbeteren

De heterogeniteit van astrocytemitochondriën, en hoe subpopulaties van astrocytenmitochondria zich aanpassen om te interageren met andere glia en de axonfunctie te reguleren, vereisen verder onderzoek.

Het is duidelijk geworden dat transitieporiën voor de permeabiliteit van de mitochondriën een sleutelrol spelen bij een grote verscheidenheid aan ziekten bij de mens, waarvan de gemeenschappelijke pathologie gebaseerd kan zijn op mitochondriale dysfunctie veroorzaakt door Ca2+ en versterkt door oxidatieve stress. Reactieve zuurstofsoorten veroorzaken axonale degeneratie en een vermindering van axonaal transport, wat leidt tot axonale dystrofieën en neurodegeneratie, waaronder de ziekte van Alzheimer, amyotrofische laterale sclerose, de ziekte van Parkinson en de ziekte van Huntington.

Het ontwikkelen van nieuwe hulpmiddelen om een ​​beter onderzoek naar de structuur en functie van de mitochondriën in astrocyten mogelijk te maken, en technieken om de mitochondriën van astrocyten specifiek te targeten, kunnen helpen de rol van de gezondheid en het disfunctioneren van de mitochondriën te ontrafelen in een meer inclusieve context buiten de neuronale cellen.

Over het geheel genomen zal deze review de waarde van astrocyten-mitochondria beoordelen als een therapeutisch doelwit om acute en chronische schade aan het centrale zenuwstelsel te verminderen.

Trefwoorden

Gliacellen; Mitochondriale dynamiek; Neurovasculaire verwondingen; Neurodegeneratieve ziekten; Astrogliale interacties; Axonale degeneratie.

Invoering

Astrocyten zijn de meest verspreide gliacellen in het centrale zenuwstelsel (CZS) en bevinden zich in de grijze en witte stof, onder de duramaterie en rond de hersenvaten (Fig. 1).

Vervolgens specialiseren astrocyten zich in talrijke sleutelfuncties op basis van hun locatie, zoals het handhaven van de homeostase van de hersenen, het reguleren van de extracellulaire omgeving, het vormen en onderhouden van de bloed-hersenbarrière (BBB) ​​en de neurovasculaire eenheid (NVU) [1], en het aanpassen van de cerebrale bloedstroom [2–4]. en het reguleren van de pH [5].

Omdat astrocyten de opname en afgifte van glutamaat in evenwicht houden, monitoren ze de neuronale activiteit, de synaptische functie en de tripartiete synaps om het leren en het geheugen te vergemakkelijken [6]. Astrocyten kunnen glucose opslaan als glycogeen en de glycogeenopslag in stand houden om het om te zetten in lactaat wanneer er sprake is van een lage glucose of verhoogde activiteit [7, 8] en shuttle-lactaat om het neuronale en gliale metabolisme te ondersteunen [9-11].

Door de ATP-afgifte [12] en Ca2+-netwerken te controleren, passen astrocyten de slaap-waakcyclus [13] aan en vergemakkelijken ze de overdracht en uitwisseling van oplosbare substraten tussen hersenvocht en interstitiële vloeistof [14–16]. Astrocyten moduleren ook actief de geleiding van axonen [17] en de vorming en snoei van synapsen [18, 19].

Dit enorme functionele repertoire is zelfs nog uitgebreider in het menselijk brein vanwege de aanzienlijke complexiteit van menselijke astrocyten vergeleken met knaagdieren [20]. Er wordt voorgesteld dat deze toegenomen complexiteit van menselijke astrocyten, samen met oligodendrocyten en de uitbreiding van het witte stofvolume [21], een van de belangrijkste redenen is voor een hogere cognitieve functie bij mensen vergeleken met knaagdieren.

Omdat astrocyten integreren in veel eenheden die een gespecialiseerde functie in de hersenen vervullen, wordt verwacht dat astrocyten zich structureel aanpassen aan hun locatie en functie [22]. In het centrale zenuwstelsel zijn astrocyten voornamelijk afkomstig van radiale gliacellen en sommige van voorlopercellen in het ruggenmerg [23-26], terwijl er in de volwassen hersenen een continue generatie van astrocyten plaatsvindt in subventriculaire cellen [25].

De oorsprong van astrocyten kan ook bijdragen aan de morfologische heterogeniteit en de anatomische bestemming van de astrocyt, die uiteindelijk zijn functie bepaalt.

In overeenstemming met dit concept resulteerde de transplantatie van astrocyten afgeleid van menselijke onrijpe gliale voorlopercellen in knaagdierhersenen in de vorming van astrocyten met de complexe morfologische complexiteit van het menselijk brein, wat suggereert dat de grootte en structurele architectuur van astrocyten intrinsiek zijn aan hun celoorsprong [6]. . Interessant genoeg namen deze cellen kenmerken aan van hun locatie en functie, wat de bevorderlijke aard van astrocyten voor aanpassing aantoont [6].

Astrocyten vertonen opmerkelijke verschillen tussen hersengebieden [22]. Astrocyten vertonen bijvoorbeeld duidelijke verschillen tussen grijze en witte stof [22]. Op basis van morfologische kenmerken worden astrocyten protoplasmatische astrocyten in de grijze stof en fibrousastrocyten in de witte stof genoemd [1] (Fig. 1). Vezelige astrocyten worden gekenmerkt door hun kleinere kernen, en ze strekken hun takken parallel uit langs de axonen, waardoor ze een langwerpige morfologie krijgen [1].

Vezelige astrocyten bevatten grotere hoeveelheden filamenten dan protoplasmatische astrocyten [27] om hun langwerpige en verlengde takken structureel te ondersteunen [28-30]; daarom is Gliaal Acidic Fibrillary Protein (GFAP) prominenter aanwezig in deze cellen.

Protoplasmatische astrocyten zijn groter en hebben fijne, uitgebreide takken verspreid over het cellichaam, waardoor ze hun karakteristieke "sterachtige" vorm bereiken. Interessant genoeg is deze locatieafhankelijke specificiteit van astrocyten even goed bewaard gebleven in het menselijk brein, behalve dat ze groter zijn en dat protoplasmatische astrocyten complexere architectonische details hebben [31].

Bijgevolg wordt de deelname van astrocyten aan de tripartiete synaps in het menselijk brein vergroot. In overeenstemming met de diverse morfologie die verschillende functies weerspiegelt, hebben protoplasmatische en vezelige astrocyten verschillende eiwitexpressieprofielen. Het cluster van differentiatie 44 (CD44; [32] filamenteuze eiwitten zoals vimentine en GFAP [33] worden bijvoorbeeld overvloedig tot expressie gebracht door vezelachtige astrocyten in de witte stof.

De meerderheid van de grijze stof-astrocyten brengt GFAP niet tot expressie [34, 35], tenzij er sprake is van letsel.

Expressieniveaus van GFAP zijn belangrijk omdat ze snelle repetitieve versus langere maar hoogwaardige signaalgeleiding mogelijk maken in respectievelijk grijze materie en witte materie. CD44 daarentegen is een hyaluronanreceptor, wat duidt op een belangrijke interactie tussen astrocyten uit de witte stof en de extracellulaire matrix.

Astrocyten reguleren ook de glutamaathomeostase. Astrocyten uit de grijze stof brengen vijf belangrijke glutamaattransporters tot expressie, terwijl astrocyten uit de witte stof alleen GLT-1 en GLAST[36–38] tot expressie brengen.

Hoewel de expressieniveaus van glutamaattransporters hoger zijn in astrocyten van witte stof [37], is de activiteit van glutamaattransporters schijnbaar hoger in grijze materie vanwege het grotere aantal synapsen [39].

Gezien de overvloedige aantallen synapsen in de cortex is de glutamaattransportactiviteit bijvoorbeeld het hoogst in het corpuscallosum [39]. Samen met de toegenomen capaciteit voor glutamaat-naar-glutamine-cycli in astrocyten van witte stof, wordt de behoefte aan een effectievere glutamaatklaring duidelijk om de glutamaatniveaus op ongeveer de helft van de grijze stofniveaus te houden [39].

Excitotoxiciteit door oligodendrocyten via activering van AMPA- en Kainate-receptoren [40-48], maar niet van NMDA-receptoren [49], benadrukt het belang van de klaring van glutamaat door astrocyten in de witte stof om oligodendrocyt-axon-interacties te behouden en de geleiding in stand te houden. Activering van een verscheidenheid aan receptoren op het celmembraan van de astrocyten zorgt voor de afgifte van Ca2+ uit interne opslagplaatsen, die zich naar nabijgelegen astrocyten kan verspreiden en een Ca2+ golf [50] over astrocyten kan initiëren die zich via gap-junctions door een ingewikkeld netwerk voortplant [51–53] om een ​​snel langeafstandssignaal te leveren.

Astrocyten hebben niet-overlappende domeinen [35], maar werken eenstemmig om nabijgelegen astrocyten te recruteren vanwege hun gap-junctions. Interessant genoeg bereikt deze rekrutering een diameter van ~400 μm in grijze materie, die ~100 astrocyten omvat. Er is aangetoond dat dit netwerk het meest uitgebreid is in de oogzenuw vanwege de hoge koppeling van astrocyten [54], hoewel de functionele correlatie onbekend blijft. Bovendien speelt Na+-signalering een belangrijke rol bij het handhaven van astrocytische homeostase.

Merk op dat de concentratie van cytosolisch Na+ in astrocyten doorgaans hoger is dan in neuronen [1, 55] en de instroom van Na+ in astrocyten plant zich voort van processen naar soma en naar aangrenzende cellen via gap-junctions [55-57].

Na+ kan astrocyten binnendringen via kationische kanalen (bijv. P2X- en NMDA-receptoren, TRP-kanalen en specifieke Na+-kanalen genaamd Nax-kanalen) of Na+--afhankelijke transporters (bijv. exciterende aminozuurtransporters type 1 en 2, GABA-transporter type 1 en 3, glycine transporters type 1, noradrenaline- en dopaminetransporters, en Na+-gekoppelde neutrale aminozuurtransporters) [1, 58, 59].

De meerderheid van de plasmalemmatransporters fungeren niet alleen als sensoren, maar ook als modificatoren van cytosolisch Na+ [1]. Aan de andere kant is Na+/K+ ATPase (NKA) voornamelijk verantwoordelijk voor de afgifte van Na+ uit astrocyten [60]. Astrocytische NKA heeft een lagere affiniteit voor K+ dan in neuronen, omdat het 2 subeenheden bevat in plaats van 1 en 3 subeenheden in neuronen [61, 62].

Daarom is astrocytische NKA belangrijk voor het waarnemen en behouden van de K+-balans. Door K+ te bufferen tijdens neuronale activiteit speelt NKA bovendien een belangrijke rol bij de productie van lactaatproductie in astrocyten [63-65]. Bovendien brengen astrocyten alle drie de subtypen Na+/Ca2+-uitwisselaar (NCX) tot expressie, wat een andere belangrijke speler is bij het reguleren van Na+ [60, 66, 67].

Astrocytische NCX is gevoelig voor veranderingen in de cytosolische concentratie van Na+ en Ca2+, wat geschikt is voor hun rol bij het behoud van de ionische homeostase van astrocyten [68, 69]. In het bijzonder brengen de mitochondriën van astrocyten een unieke versie van de uitwisselaar tot expressie, NCLX genaamd, die Li+ in plaats van Na+ kan uitwisselen en aanzienlijk kan bijdragen aan het behoud van de mitochondriale functie in astrocyten [70-72].

For more information:1950477648nn@gmail.com