Астроциты координируют нейронную активность и кровоток
Исследование показывает, как астроциты регулируют нейронную активность и церебральный кровоток во время сенсорной стимуляции, подчеркивая их критическую роль в функционировании мозга.
Исследовательская группа под руководством директора К. Джастина Ли из Института основных наук (IBS) и профессора Минаха Суха из кафедры биомедицинской инженерии Университета Сунгкюнкван (SKKU) обнаружила, что астроциты играют критическую роль в обнаружении устойчивой сенсорной стимуляции и координации нейронной активности и церебральных сосудистых реакций. Это исследование, опубликованное в журнале Advanced Science, изучает, как астроциты влияют на нейроваскулярную связь, процесс, необходимый для доставки кислорода и питательных веществ в мозг во время сенсорной активности.
Используя модели мышей, исследователи изучили реакции нейронов, кровеносных сосудов и астроцитов на сенсорную стимуляцию различной продолжительности. Они обнаружили, что кратковременная сенсорная стимуляция продолжительностью пять секунд приводила к временной активации нейронов и сосудистым реакциям. В отличие от этого, продолжительная сенсорная стимуляция продолжительностью около 20 секунд вызывала сильную активацию астроцитов, которые поддерживали как нейронную активность, так и сосудистые реакции.
Исследователи выявили четырехступенчатый молекулярный сигнальный путь, участвующий в этом процессе. Во-первых, устойчивая нейронная активность способствует притоку воды в астроциты через аквапорин-4 (AQP4), что приводит к увеличению объема астроцитов. Это изменение объема активирует каналы TRPA1, позволяя кальциевым ионам входить в астроциты. Увеличение внутриклеточного кальция активирует BEST1, что способствует высвобождению D-серина, аминокислоты, которая усиливает нейротрансмиссию и способствует вазодилатации.
Примечательно, что подавление функции AQP4 или TRPA1 в астроцитах снижало как нейронные, так и сосудистые реакции на устойчивую сенсорную стимуляцию. Напротив, введение D-серина мышам с подавлением TRPA1 в астроцитах восстанавливало сниженные сосудистые реакции. Эти результаты демонстрируют важность сигнального пути AQP4–TRPA1–BEST1–D-серина в поддержании нейронной активности и сосудистых реакций во время продолжительной сенсорной стимуляции.
Профессор Минах Сух отметил: "Наши результаты устанавливают четкую механистическую модель того, как астроциты общаются с нейронами и регулируют функции мозга во время устойчивой сенсорной стимуляции." Директор К. Джастин Ли добавил: "Это исследование выявляет интегрированный молекулярный сигнальный путь, который регулирует как устойчивую активность мозга, так и стабильность сосудов, раскрывая ранее недооцененную функцию астроцитов."
