De verbazingwekkende ontdekking van een nieuw type hersencel

Onderzoekers hebben een nieuwe hybride hersencel ontdekt die de kloof tussen neuronen en astrocyten overbrugt. Deze cel kan neurotransmitters vrijgeven en kan aandoeningen zoals epilepsie beïnvloeden en het geheugen verbeteren, wat veelbelovende mogelijkheden biedt voor neurowetenschappelijk onderzoek en mogelijke behandelingen.

De neurowetenschappen bevinden zich in een grote revolutie. De twee belangrijkste cellenfamilies waaruit de hersenen bestaan, neuronen en gliacellen, hebben in het geheim een ​​hybride cel verborgen, halverwege deze twee klassen.

Sinds het bestaan ​​van de neurowetenschappen is het bekend dat de hersenen voornamelijk functioneren dankzij neuronen en hun vermogen om snel informatie te ontwikkelen en via hun netwerken te verzenden. Om hen bij deze taak te ondersteunen, vervullen gliacellen een reeks structurele, vitale en immunologische functies, naast het stabiliseren van fysiologische parameters.

Sommige van deze gliacellen, bekend als astrocyten, omringen synapsen nauw, dit zijn de verbindingspunten waar neurotransmitters worden vrijgegeven om informatie tussen neuronen over te brengen. Dit is de reden waarom neurowetenschappers al lang suggereren dat astrocyten een actieve rol kunnen spelen in synaptische transmissie en kunnen deelnemen aan informatieverwerking. De onderzoeken die tot nu toe zijn uitgevoerd om dit te bewijzen, hebben echter te lijden gehad onder tegenstrijdige resultaten en hebben nog geen definitieve wetenschappelijke consensus bereikt.

Door een nieuw celtype te identificeren met kenmerken van astrocyten en de moleculaire machinerie tot expressie te brengen die nodig is voor synaptische transmissie, hebben neurowetenschappers van de afdeling Basic Neurosciences van de Faculteit Biologie en Geneeskunde van de Universiteit van Lausanne (UNIL) en het Wiess Centre for Biosciences and Neural Engineering in Genève heeft een einde gemaakt aan jaren van controverse.

sleutel tot de puzzel

Om de hypothese te bevestigen of te weerleggen dat astrocyten, net als neuronen, in staat zijn neurotransmitters vrij te geven, onderzochten de onderzoekers eerst de moleculaire inhoud van astrocyten met behulp van moderne moleculaire biologiemethoden. Hun doel was om sporen te vinden van het mechanisme dat nodig is voor de snelle afgifte van glutamaat, de belangrijkste neurotransmitter die door neuronen wordt gebruikt.

“De resolutie waarmee single-cell transcriptiemethoden ons in staat stellen de aanwezigheid van transcripten in astrocytisch ogende cellen aan te tonen, het vesiculaire eiwit VGLUT, dat verantwoordelijk is voor het bevolken van blaasjes van glutamaat-afgevende neuronen. Deze transcripten worden gevonden in ratten “We hebben in deze cellen ook andere gespecialiseerde eiwitten geïdentificeerd die essentieel zijn voor de functie van glutamatergische blaasjes en hun vermogen om snel met andere cellen te communiceren”, zegt Ludovic Tilly, assistent-professor bij UNIL. en mededirecteur van de studie.

nieuwe functionele cellen

Vervolgens probeerden de neurowetenschappers te zien of deze hybride cellen functioneel waren, dat wil zeggen dat ze glutamaat net zo snel konden afgeven als synaptische transmissie. Om dit te doen, gebruikte het onderzoeksteam een ​​geavanceerde beeldvormingstechniek die glutamaat in beeld kan brengen dat vrijkomt door blaasjes in hersenweefsel en in levende muizen.

“We hebben een subset van astrocyten geïdentificeerd die reageren op selectieve stimuli met een snelle afgifte van glutamaat, die plaatsvond in ruimtelijk gedefinieerde gebieden van deze cellen die doen denken aan synapsen”, zegt Andrea Volterra, emeritus hoogleraar aan UNIL en gastfaculteit aan het Wyss Center, Co. -Regisseur. de studie.

Bovendien heeft deze afgifte van glutamaat een effect op de synaptische transmissie en reguleert het de neuronale circuits. Het onderzoeksteam kon dit aantonen door de VGLUT-expressie door de hybride cellen te onderdrukken.

“Het zijn cellen die de neuronale activiteit moduleren en het niveau van communicatie en excitatie in neuronen controleren”, zegt Roberta DiCeglia, de eerste auteur van het onderzoek en hoofdonderzoeker van UNIL. Zonder dit functionele mechanisme laat de studie zien dat de langetermijnpotentiëring, een neuraal proces dat betrokken is bij het onthouden van mechanismen, wordt aangetast en dat het geheugen van de muizen wordt aangetast.

Verbanden met hersenziekten

De implicaties van deze ontdekking strekken zich uit tot hersenaandoeningen. Door specifiek glutamatergische astrocyten te verstoren, heeft het onderzoeksteam geheugenverbeterende effecten aangetoond, maar ze hebben ook verbanden opgemerkt met ziekten zoals epilepsie, waarbij aanvallen worden verergerd. Ten slotte toonde de studie aan dat glutamatergische astrocyten ook een rol spelen bij het reguleren van hersencircuits die betrokken zijn bij bewegingscontrole en therapeutische doelen zouden kunnen bieden voor de ziekte van Parkinson.

“Tussen neuronen en astrocyten hebben we nu een nieuw type cel bij de hand. De ontdekking ervan opent enorme onderzoeksperspectieven. Onze komende studies zullen de potentiële beschermende rol van dit type cel tegen geheugenstoornissen onderzoeken.” ziekte van Alzheimer ziekte, evenals de rol ervan in andere regio’s en ziekten dan die hier worden onderzocht”, Andrea Volterra Project.

Referentie: “Gespecialiseerde astrocyten bemiddelen glutamaterge transmissie in het centrale zenuwstelsel” Geschreven door Roberta De Ceglia, Ada Lydon, David Gregory Litvin, Barbara Lake Lind, Giovanni Carrero, Emanuele Claudio Latagliata, Erika Benducci, María Amalia de Castro, Jaroslav Savchuk, Ilaria Vitali, Anurag Rnjak, Mauro Kongio, Tara Canonica, William Wisden, Kenneth Harris, Manuel Mameli, Nicolas Mercury, Ludovic Tilly en Andrea Volterra, 6 september 2023, natuur.
doi: 10.1038/s41586-023-06502-s