"Sultsignaler" fra hypothalamus sænker dannelsen af ​​nye neuroner hos mus • Alena Sukutovova • Videnskabsnyheder om "Elements" • Neurobiologi, udviklingsbiologi

“Sultsignaler” fra hypothalamus sænker dannelsen af ​​nye neuroner i mus

Fig. 1. Strukturen af ​​signaloverførselssystemet fra den ventrikulære subventriculære zone til olfaktoriske pærer. Figur fra den diskuterede artikel iVidenskab

Neuronerne i det olfaktoriske system dannes af stamceller i hjernens ventrikulære subventriculære zone, og som de udvikler migreres til den olfaktoriske pære. Det blev konstateret, at stamcellerne af en bestemt subtype kan aktiveres, og de kan udløse dannelsen af ​​nye neuroner med signalerne sendt langs de lange processer af celler, der ligger i hypothalamus. Aktiviteten af ​​disse celler i hypothalamus afhænger af tidspunktet fra tidspunktet for at spise: jo mere tid efter et måltid er gået, jo lavere er denne aktivitet. Også i fodrede dyr er der dannet flere nye neuroner af lygtepæren end i sultne.

De neuronale stamceller (se neurale stamceller) hos den voksne pattedyrshjerne er placeret i to hovedområder: i den subgranulære zone af hippocampus dentale gyrus er hoveddelen af ​​hjernen forbundet med hukommelse og følelser og i den ventrikulære subventriculære zone V-SVZ (Figur 2, se også O. Gonzalez-Perez et al. (Red.), 2014. Den ventrikulære subventrikulære zone: en kilde til oligodendrocytter i den voksne hjerne). Ventrikulær-subventrikulær zone er et tyndt lag af celler placeret langs hjernens laterale ventrikler, disse celler kan opdele i hele livet.I hjernen hos voksne gnavere er den største deling af stamceller: en dag det danner tusindvis af nye neuroner i lugtekolben – hjernen afdeling på den nedre overflade af frontallappen, olfaktoriske modtagende signaler fra næsen (se V. Silva-Vargas et al, 2013 .. Voksne neurale stamceller, en dynamisk duo under homeostase, regenerering og aldring og LC Fuentealba et al., 2012. Voksne neurale stamceller bryder deres niche). Neuronale stamceller i den ventrikulære subventriculære zone giver også anledning til neuroglia celler – astrocytter og oligodendrocytter.

Fig. 2. Placeringen af ​​den ventrikulære subventriculære zone (vist i rødt). Billede fra Z. Chaker et al., 2016. En mosaik verden af ​​puslespil afsløret af en neurale stamcelle heterogenitet

Interstitiale neuroner af lygtepæren, opdateret gennem livet, er slående forskellige. De adskiller sig i funktion, morfologi og molekylære karakteristika: Hver subtype er indlejret i et specifikt lag af olfaktorisk pære og interagerer med specifikke komponenter i det olfaktoriske system. Samtidig blev det vist, at den ventrikulære subventrikulære zone har en mosaikstruktur og består af mange subtyper af neuronale stamceller. Hver af disse subtyper er isoleret fra de andre og har deres egen molekylære egenskaber.Heterogenitet er en nøgleegenskab af den ventrikulære subventriculære zone hos et voksent pattedyr og stammer fra embryonale udviklingstendenser: Forskellige regioner i V-SVZ er dannet fra forskellige dele af det embryonale nervesystem.

Neuronale stamceller fra forskellige regioner giver anledning til morfologisk og molekylært forskellige subtyper af stamceller (se Progenitorceller) af interkalære neuroner, som er forskelligt integreret i det olfaktoriske system og interagerer med dets komponenter. Vi ved, at der er forskellige undertyper af stamceller, forskellige subtyper af stamceller og forskellige subtyper af interkalare neuroner af den olfaktoriske pære. Selv om skæbnen af ​​forskellige stamceller ikke er tydeligt sporet, ville det være logisk at antage, at stamcellerne af hver subtype er specialiserede i dannelsen af ​​en bestemt subtype af neuroner (eller flere specifikke subtyper). Derfor bør ændringer i aktiviteten af ​​forskellige regioner i den ventrikulære subventriculære zone føre til ulige konsekvenser for det lugtende system og muligvis for dyrets opførsel.

Cellerne i den ventrikulære subventrikulære zone producerer konstant nye neuroner på hvert enkelt tidspunkt bcirkade fleste V-SVZ stamceller er slumrende. For stamceller betyder hviletilstanden fraværet af divisioner. Permanent division vil føre til ophobning af abnormiteter i DNA over tid. Hvilket hvilestandard giver stamcellerne mulighed for at vente i vingerne uharmede, mens andre arbejder. Efter behov kan de aktiveres, det vil sige, de kan begynde at dele under påvirkning af en ekstern faktor. Nogle af dem er aktiveret for at opdatere de interkalare neuroner af olfaktorisk pære, nogle – efter skaden og er involveret i genoprettelsen af ​​hjernen.

Positionen i den ventrikulære subventriculære zone er sådan, at nogle af dets celler konstant er i kontakt med cerebrospinalvæsken i hjernens ventrikler og andre med blodkar. På grund af dette har stamceller adgang til system signaler, det vil sige information om tilstanden af ​​organismen som helhed. Potentielt kan de opfatte ændringer i hormonniveauer, mængden af ​​metaboliske produkter, ilt osv.i blodet og cerebrospinalvæsken, reagerer direkte på ændringer i tryk og temperatur af disse væsker.

Med alderen falder antallet af stamceller, deres aktivitet falder, og færre og færre celler opdeles på grund af eksterne og interne årsager til celler. Eksperimenter, hvor kredsløbssystemet hos en ung og ældre mus var kirurgisk forbundet med hinanden viste, at selv aldersrelaterede ændringer i aktiviteten af ​​celler i den ventrikulære subventrikulære zone er afhængige af systemsignaler (se L. Katsimpardi et al., 2014. Vaskulær og neurogen foryngelse af Aging Mouse Brain af Young Systemic Factors og JM Ruckh et al., 2012. Foryngelse af regenerering af nervesystemet. Som et resultat af oplevelsen blev funktionen af ​​den ventrikulære subventriculære zone af en ældre mus "forynget", det blev mere som det observeret i en yngre alder.

Derudover er nogle celler i denne zone i stand til at regulere aktiviteten af ​​andre celler i samme eller en anden region. Selvom den regionale enhed har en embryonisk oprindelse, kan eksterne signaler fra omgivende celler, såsom neuroglia, omorientere celler for at frembringe ukarakteristiske neuronundertyper. Signaler der er i stand til at modulere aktiviteten af ​​neuronale stamceller,kommer fra en afstand (fra blodet og cerebrospinalvæsken, som kan bringe stoffer fra næsten hvor som helst i kroppen) og fra det nærmeste miljø.

De fleste af disse signaler er endnu ikke kendt for os, men forskere fra USA og Schweiz var i stand til at etablere og spore forholdet mellem tilstanden af ​​kroppen og aktiviteten af ​​neuronale stamceller af en bestemt subtype.

Til at begynde med har forskere testet en række stoffer – potentielle stamcelleaktivatorer – fra et specielt sæt Tocriscreen Mini Library. De fandt ud af, at nogle molekyler, herunder β-endorphin, er i stand til at aktivere stamcellerne i den ventrikulære subventriculære zone. Alle celler, der aktiveres af dem, tilhører den samme undertype af stamceller, idet de vurderes ved deres molekylære egenskaber og er placeret i den forreste nedre del af undersøgelsesområdet. Ingen andre undertyper af stamme og ikke-stamceller fra denne zone reagerede på stoffets tilstedeværelse. Dette betyder, at effekten af ​​β-endorphin er specifik for de neuronale stamceller af en bestemt subtype. Som følge af aktivering af dette stof ændres antallet af stamceller ikke: deres divisioner fører primært til dannelsen af ​​nyeforstadieceller af interkalære neuroner af den lugtende pære.

B-endorfinrige fibre med glial oprindelse blev detekteret ved immunofluorescerende analyse i muskelhjerneens ventrikulære subventriculære zone og kun i den nederste del af zonen, hvor dette stof har en virkning. Det er således for disse fibre, at signalet aktiverer stamcellerne af en given subtype. Men hvor kommer dette signal fra? Kropperne af cellerne, fra hvilke disse fibre strækker sig, blev ikke detekteret inden i den ventrikulære subventrikulære zone.

Det er kendt, at β-endorphin udskilles af nogle celler i hypothalamus. Denne krop styrer udskillelsen af ​​hypofysehormoner, og regulerer også mange processer i kroppen, herunder at opretholde konstancen af ​​kroppens indre miljø. Forskerne besluttede at kontrollere, om disse meget celler sender signaler til den ventrikulære subventriculære zone. Til dette brugte de en adeno-associeret virus. I sig selv er det ikke meget patogen, men er i stand til at inficere både dele celler og dem i en hvilestilstand. Det er indsat i DNA'et af celler og får dem til at producere et stof, hvis gen er blevet tilsat til en virus til forskningsformål.I dette tilfælde var det et gult fluorescerende proteingen. Dette protein spredes gennem den inficerede celle og pletter alle dets dele og gør dem synlige for forskere. Forskere observerede cellerne i den tilsvarende hypothalamusregion med denne virus og fandt ud af, at fibrene i den ventrikulære subventriculære zone undersøgte også farvede. Dette betyder, at de stammer fra hypothalamusens inficerede celler.

Forskerne undertrykte aktiviteten af ​​hypotalamusens β-endorfin-syntetiserende region på en af ​​dens sider (hypothalamus strukturer er parret og placeret i hver halvdel af hjernen). De benyttede sig igen af ​​den adeno-associerede virus, men denne gang indeholdt den caspase-3 genet og under visse betingelser forårsagede forstyrrelser i funktionen af ​​inficerede celler og deres død. Efter syv uger faldt antallet af hypothalamiske celler i det relevante område med 66%.

Ved anvendelse af bromodeoxyuridinfarvning, som afslørede celler opdelte på tidspunktet for farvning, beregnede forskerne, at antallet af opdelinger af neuronale stamceller i den undersøgte del af den ventrikulære subventriculære zone faldt med 61% i forhold til normen.Desuden forekom faldet i antallet af divisioner kun i den forreste nedre del af zonen og kun på samme side, hvormed hypothalamuscellerne var smittet. Det er vigtigt, at det totale antal stamceller ikke er ændret, det vil sige faldet i antallet af divisioner forekom ikke på grund af stamcellernes død, men på grund af manglende aktivering.

For at kontrollere resultaterne har forskerne tværtimod aktiveret hypothalamusens neuroner på den ene side. Faktum er, at i hypothalamus ikke alle celler arbejder samtidigt, mange er i ro og overfører ikke nogen signaler, herunder ikke syntetisering af β-endorphin. De blev inficeret med en anden adenoassocieret virus, som det fremgår af andre forskere (M.J. Krashes et al., 2011. Rapid, reversibel aktivering af AgRP-neuroner driver fodringsadfærd hos mus) for at aktivere den ønskede celle-subtype. Efter tre uger steg antallet af aktive celler i hypothalamus som forventet, ligesom antallet af aktive stamceller i den forreste nederste del af den ventrikulære subventriculære zone på den tilsvarende side. Det samlede antal stamceller er ikke ændret. Det viser sig, at processerne af celler liggende i hypothalamus strækker sig til den ventrikulære subventrikulære zone og sender signaler til den, der er i stand til at aktivere stamceller af en bestemt subtype (figur 1).

Β-endorfinceller i hypothalamus er involveret i reguleringen af ​​dyrets spiseadfærd som reaktion på sult eller mangel på det (se LM Zeltser et al., 2012. Synaptisk plasticitet i neuronledninger, der regulerer energibalance og Y. Aponte et al., 2011. AGRP neuroner er hurtigt og uden træning). Deres aktivitet stiger med mad og falder over tid efter det sidste måltid. Forskere har vist, at i dyr, der ikke har spist inden for 24 timer, reduceres aktiviteten af ​​hypotalamusceller af denne type med 56% sammenlignet med velfødte stipendiater. Samtidig reduceres aktiviteten af ​​de studerede stamceller med 68%, og der er ingen ændringer i andre dele af den ventrikulære subventrikulære zone (figur 3).

Fig. 3. Virkningen af ​​sult på hypothalamuscellernes aktivitet (procentdelen af ​​β-endorphinsyntetiserende celler) og på aktiviteten af ​​neuronale stamceller (procentdel af opdelte celler) i de forreste øvre og forreste nedre (undersøgte) dele af den ventrikulære subventrikulære zone. hvid data om dyr, der konstant havde adgang til fødevarer, blev markeret sort – på sulten om dagen grå – Oplysninger om dagen for sultende dyr, som før undersøgelsen blev givet til at spise deres fyld. Billede fra yderligere materialer til den diskuterede artikel iVidenskab

Antallet af aktive celler i hypothalamus og delende stamceller er normalt for den sultne dag og derefter engang fodret til de fodrede dyr. Dette betyder, at reduktionen i aktiviteten af ​​neuroner og stamceller i dette system under fastning midlertidigt vender tilbage til normal efter mætning. Vi kan sige, at disse indikatorer afhænger af den tid, der er gået siden spisestedet: jo mere tid er gået, jo lavere er de. Aktivering af hypothalamus af den adenoassocierede virus forstyrrer denne afhængighed: antallet af aktive celler i hypothalamus og aktive stamceller forbliver højt i den inficerede halvdel af hjernen uanset graden af ​​mætning af dyret.

Hjerte og inaktivering af cellerne i hypothalamus med hjælp fra virussen fører også til et fald i antallet af nye intercalerede neuroner i olfaktorisk pære. I det andet tilfælde, kun fra samme side, hvormed inaktiveringen blev udført.

Således var det muligt at lære at graden af ​​dannelse af nye neuroner i det olfaktoriske system afhænger af mæthed. Den, der for nylig har spist, er dannelsen af ​​nye interkalare neuroner i den lugtende pære meget mere aktiv end den sultne ven.Denne regulering sker via den hypotalamusafdeling, der er ansvarlig for fodringsadfærd, hvis celler sender processer til en bestemt del af den ventrikulære subventriculære zone og kan aktivere neuronale stamceller, der udløser dannelsen af ​​nye neuroner af dem.

Kilde af: Alex Paul, Zayna Chaker, Fiona Doetsch. Hypothalamisk regulering af tydeligt neurale stamceller og neurogenese // Videnskabelige fremskridt. 2017. eaal3839. DOI: 10.1126 / science.aal3839.

Se også:
1) Med alder mister fisken deres evne til at danne bestemte typer af nerveceller, "Elements", 06/09/2017.
2) Sekvensen for dannelsen af ​​forbindelser af nye neuroner i voksenmusens hjerne er etableret, "Elements", 04/02/2013.

Alena Suhoputova


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: