Τα αστροκύτταρα βοηθούν τους νευρώνες να σχηματίζουν επιτυχείς συνδέσεις

Τα αστροκύτταρα βοηθούν τους νευρώνες να σχηματίζουν επιτυχείς συνδέσεις λένε οι επιστήμονες.

Για να έχετε μια καλή τηλεφωνική συνομιλία, χρειάζεστε μια καλή τηλεπικοινωνιακή σύνδεση. Αυτό που ισχύει για τα κινητά τηλέφωνα αποδεικνύεται επίσης ότι ισχύει και για τους ανθρώπινους νευρώνες.

Οι επιστήμονες του Salk Institute έχουν ανακαλύψει ότι τα εγκεφαλικά κύτταρα που ονομάζονται αστροκύτταρα αρχίζουν την επικοινωνία μεταξύ ζευγών νευρώνων νωρίς στην ανάπτυξη προκαλώντας συγκεκριμένες αλλαγές και στα δύο μέλη του ζεύγους. Το έργο, που δημοσιεύτηκε στο Neuron στις 11 Οκτωβρίου 2017, έχει σημαντικές επιπτώσεις στις νευροαναπτυξιακές διαταραχές όπως ο αυτισμός, η ADHD και η σχιζοφρένεια που πιστεύεται ότι οφείλονται τουλάχιστον εν μέρει στην ελαττωματική επικοινωνία μεταξύ των νευρώνων.

«Όταν ο εγκέφαλος σχηματίζεται, όλοι οι νευρώνες πρέπει να κάνουν τις σωστές συνδέσεις μεταξύ τους για να λειτουργήσουν σωστά», λέει ο Nicola Allen, βοηθός καθηγητής στο εργαστήριο μοριακής νευροβιολογίας του Salk και ανώτερος συγγραφέας της μελέτης. «Αλλά πώς συμβαίνει αυτό και ποια είναι τα μοριακά σήματα που βρίσκονται στη διαδικασία, εξακολουθεί να είναι κάτι που δεν καταλαβαίνουμε πλήρως».

Αν και οι νευρώνες είναι τα πιο γνωστά κύτταρα στον εγκέφαλο, αποτελούν το ήμισυ του συνολικού αριθμού των κυττάρων. Το άλλο μισό περιλαμβάνει διάφορους τύπους κυττάρων, τα περισσότερα εκ των οποίων είναι αστροκύτταρα. Τα τελευταία χρόνια, οι επιστήμονες έχουν μάθει ότι τα αστροκύτταρα είναι απαραίτητα για τους νευρώνες για να σχηματίσουν ενεργές συνδέσεις μεταξύ τους σε μικρά κενά που ονομάζονται συνάψεις. Αλλά ο ακριβής μηχανισμός πίσω από τη διαδικασία ήταν ένα μυστήριο – μέχρι τώρα.

Με τα χρόνια, διάφορα εργαστήρια ταυτοποίησαν διαφορετικές πρωτεΐνες που εκκρίνουν αστροκύτταρα που φαίνεται να επηρεάζουν την νευρωνική ανάπτυξη. Αλλά καμία από τις πρωτεΐνες που ανακάλυψαν δεν κατέληξε σε λειτουργικές συνάψεις που προωθούν την ενεργή επικοινωνία μεταξύ των νευρώνων. Οι συνάψεις ήταν ουσιαστικά σιωπηλές.

Στη συνέχεια, ως μεταδιδακτορικός ερευνητής, ο Άλλεν ανακάλυψε ότι μια πρωτεΐνη που εκκρίνεται από αστροκύτταρα που ονομάζεται glypican 4 προκάλεσε κάπως επικοινωνία μεταξύ των κοντινών νευρώνων. Με την παρουσία του glypican 4, οι νευρώνες που έστειλαν πληροφορίες (που ονομάστηκαν «presynaptic») συνεργάστηκαν αποτελεσματικά με τους νευρώνες που την έλαβαν («postsynaptic»). Οι νευρώνες ανταλλάσσουν μηνύματα με τη μορφή χημικών ουσιών που μετακινούνται στο διάκενο και λαμβάνονται από σταθμούς μοριακής σύνδεσης στο άκρο λήψης, γνωστοί ως «υποδοχείς». Αυτό που η Άλεν δεν ήξερε ήταν πώς.

Η Isabella Farhy-Tselnicker, συνεργάτης του Salk και ο πρώτος συγγραφέας του βιβλίου, προσθέτει: «Ακολουθώντας το έργο του Nicola για το glypican 4, ήθελα να καταλάβω τι συμβαίνει στους νευρώνες και την synapse για να γίνει η συναπτική σύνδεση. «Ποια είναι τα κύτταρα που ενεργοποιούνται;»

Οι Allen και Farhy-Tselnicker άρχισαν με την επεξεργασία καλλιεργειών νευρώνων είτε με glypican 4, είτε με άλλη αστροκυτταρική πρωτεΐνη που ονομάζεται θρομβοσπονδίνη, η οποία επάγει αλλαγές στους νευρώνες αλλά δεν έχει ως αποτέλεσμα οποιαδήποτε συναπτική επικοινωνία. Η ιδέα ήταν να συγκριθούν τα δύο σύνολα καλλιεργειών και να δούμε τι ήταν διαφορετικό σε αυτούς που έλαβαν θεραπεία με glypican 4 που έκαναν τους νευρώνες ικανοί να επικοινωνήσουν.

Το δίδυμο διαπίστωσε ότι 49 γονίδια ενεργοποιήθηκαν σε απόκριση της θεραπείας με glypican 4, αλλά μόνο 3 ενεργοποιήθηκαν σε απόκριση της θρομβοσπονδίνης. Το γεγονός ότι δεν υπήρχε αλληλεπικάλυψη μεταξύ των γονιδίων υποδεικνύει ότι οι δύο πρωτεΐνες εμπλέκονται σε πολύ διαφορετικά κυτταρικά συστήματα και ότι η glypican 4 είναι κρίσιμη για την ενεργοποίηση των συνάψεων.

Περαιτέρω πειράματα αποκάλυψαν ότι η γλυπικάνη 4 αυξάνει τους αριθμούς συγκεκριμένων ειδών υποδοχέων στους νευρώνες που λαμβάνουν (μετασυναπτικό). Η γλυπικίνη 4 προσλαμβάνει τους υποδοχείς στην κυτταρική επιφάνεια προκαλώντας την απελευθέρωση μιας πρωτεΐνης που ονομάζεται νευρωνική πεντραξίνη 1 (ΝΡ1) που δεσμεύεται άμεσα στους υποδοχείς. Χωρίς την δέσμευση της ΝΡ1 στους υποδοχείς, οι Allen και Farhy-Tselnicker βρήκαν ότι οι συνάψεις παρέμειναν σιωπηλές. Έτσι, η γλυπικίνη 4 είναι απαραίτητη για να κάνει τους μετασυναπτικούς νευρώνες δεκτικούς στην είσοδο, λένε οι ερευνητές.

Άλλες μελέτες έχουν διαπιστώσει ότι το NP1 απελευθερώνεται από τους νευρώνες που στέλνουν πληροφορίες. Έτσι, η ομάδα Salk εξέτασε επίσης τι μπορεί να συμβεί στην προσυναπτική πλευρά της σύνδεσης. Διαπίστωσαν ότι οι προσυναπτικοί νευρώνες απελευθέρωσαν το ΝΡ1 ειδικά ως απάντηση στην γλυπικάνη 4, πράγμα που σημαίνει ότι μια μεμονωμένη πρωτεΐνη που απελευθερώνεται από τα αστροκύτταρα είναι υπεύθυνη για την παροχή ουσιαστικών συνδέσεων ενεργώντας τόσο στους αποστολείς όσο και στους νευρώνες που λαμβάνουν.

«Δεν αναμέναμε να βρούμε ότι μια πρωτεΐνη που εκκρίνεται από αστροκύτταρα θα επηρέαζε τους νευρώνες και στις δύο πλευρές της συνάψεως», προσθέτει ο Allen, που κατέχει την Προεδρία του Ιδρύματος Ανάπτυξης του Hearst. «Όχι μόνο αυτό αποκαλύπτει έναν πιο περίπλοκο ρόλο για τα αστροκύτταρα ως διοργανωτές των ενεργών συναπτικών συνδέσεων, προσφέρει επίσης έναν συναρπαστικό θεραπευτικό στόχο για τη συναπτική δυσλειτουργία.

Η μελλοντική δουλειά του εργαστηρίου θα διερευνήσει τρόπους στοχοθέτησης των αστροκυττάρων για να βρουν νέες θεραπείες για νευρολογικές διαταραχές.

ΑΦΗΣΤΕ ΜΙΑ ΑΠΑΝΤΗΣΗ

Παρακαλώ εισάγετε το σχόλιο σας!
Παρακαλώ εισάγετε το όνομά σας