Нейроны орексина могут отслеживать, как быстро меняется уровень глюкозы в крови

Прочитано: 37 раз(а)


Концентрация глюкозы в крови людей постоянно меняется в зависимости от того, что они едят и чем занимаются. Хотя многие исследования изучали изменения уровня глюкозы в крови, роль различных нейронов в отслеживании и прогнозировании этих изменений остается плохо изученной.

Исследователи из ETH Zürich недавно провели исследование, изучающее потенциальную роль определенного типа нейронов, называемых орексиновыми нейронами, в отслеживании уровня глюкозы в крови. Их результаты, опубликованные в журнале Nature Neuroscience, предполагают, что нейроны орексина в мозге мышей отвечают за отслеживание того, как быстро меняется уровень глюкозы в крови.

«В 2000-х годах много научных усилий было направлено на идентификацию так называемых «нейронов, чувствительных к глюкозе», поскольку эти клетки могут изменять функцию нашего мозга в зависимости от того, что ежеминутно происходит внутри нашего тела», — Денис Бурдаков, соавтор статьи рассказал Medical Xpress. «Поскольку огромная «эпидемия диабета [диабет + ожирение]» произошла в некоторых странах, таких как Великобритания и США, это было важно еще и потому, что в этом был замешан сахар».

В период с 2005 по 2011 год исследовательская лаборатория Бурдакова (тогда в Кембриджском университете) внесла свой вклад в идентификацию и характеристику чувствительности к глюкозе в нейронах орексина. Было обнаружено, что это специализированные нейроны, которые чувствуют глюкозу и производят нейромедиатор орексин/гипокретин.

Орексин/гипокретин представляет собой химический «посланник», который способствует регуляции различных физиологических процессов, включая возбуждение, бодрствование и аппетит. Нейроны, продуцирующие орексин, обнаруженные около трех десятилетий назад, обнаружены только в гипоталамусе, однако они иннервируют всю центральную нервную систему человека и других млекопитающих.

«Нейроны орексина настолько важны для нашего возбуждения и сознания, что без этого небольшого скопления клеток наше нормальное сознание теряется (как при нарколепсии — расстройстве, вызванном потерей клеток орексина или орексина у людей)», — сказал Бурдаков.

«Наши старые эксперименты показали, что клетки орексина глубоко подавляются глюкозой, но это было «в чашке» в наших экспериментах с изолированными клетками орексина. С тех пор выяснилось, что в живом мозге активного млекопитающего клетки орексина глубоко контролируются. многими другими вещами, включая прямые нейронные сигналы от большей части мозга».

Хотя их предыдущие исследования позволили получить интересную информацию об орексине, они в основном проводились на изолированных клетках, исследованных в чашках Петри. Следовательно, роль этих клеток в мозге живых животных и их связь с уровнем глюкозы в крови еще предстоит изучить.

В рамках своего нового исследования Бурдаков и его коллеги решили заполнить этот пробел в литературе, в частности, пытаясь определить, «воспринимаются» ли физиологические изменения уровня глюкозы в крови клетками, продуцирующими орексин. Более того, если эти клетки действительно могут обнаруживать изменения в уровне глюкозы, команда хотела определить, сосредоточились ли они на некоторых конкретных атрибутах этих изменений и влияет ли их вклад на поведение.

«Задача нашего эксперимента заключалась в измерении в реальном времени активности живых нейронов орексина в мозге, а также одновременно происходящих колебаний уровня глюкозы в крови», — объяснил Бурдаков.

«Это было важно для каких-либо выводов. Для этого мы поместили крошечные электрохимические датчики глюкозы в артерию. В то же время мы использовали чрезвычайно тонкие стеклянные трубки, вставленные глубоко в мозг, чтобы наблюдать, что делают клетки орексина — мы могли видеть это потому, что мы нацелили репортер флуоресцентной активности на клетки орексина».

Концентрация глюкозы в крови контролируется не только едой и физическими упражнениями; известно, что она также регулируется естественным гормоном инсулином и печенью, которые производят динамические волны уровня глюкозы в крови. Бурдаков и его коллеги использовали свои датчики, внедренные в артерии, для отслеживания волнообразных изменений концентрации глюкозы с течением времени.

Это позволило им отметить, в какой момент волн (т. е. на их гребне, впадине, подъеме и спаде) орексиновые нейроны в мозге мыши возбуждались или замолкали. Кроме того, исследователи наблюдали за поведением мышей, особенно за их спонтанным бегом, чтобы определить, влияет ли на него уровень глюкозы в крови у нормальных мышей и у мышей, у которых нет нейронов, продуцирующих орексин.

«Мы обнаружили, что наибольшая модуляция активности клеток орексина происходит во время подъема и спада волн уровня глюкозы в крови», — сказал Бурдаков. «Удивительно, но клетки орексина оказались почти слепыми к абсолютному уровню глюкозы в крови, но в основном отслеживали подъемы и падения, особенно скорость изменения уровня глюкозы во время этих подъемов и падений».

Результаты, полученные исследователями, подчеркивают потенциальную роль клеток орексина в отслеживании уровня глюкозы в крови , особенно его временных характеристик (т.е. их изменений с течением времени). Таким образом, они пролили новый свет на сложную нейробиологию восприятия глюкозы в крови мозгом.

«Работать здесь, в ETH, где нас, биологов, окружают инженеры, – это фантастика», – сказал Бурдаков. «Любой инженер скажет вам, что определение скорости изменений действительно важно для быстрого и своевременного управления. Это очень основная идея в технике управления: полезно реагировать на то, как быстро что-то меняется, а не ждать, пока что-то изменится. должны произойти большие перемены (к этому времени зачастую уже слишком поздно что-либо делать).

«В учебниках по инженерному делу это называется «управление на основе производной», что означает, что вы излучаете управляющие сигналы на основе первой временной производной переменной, которую вы отслеживаете».

По сути, Бурдаков и его коллеги показали, что сенсоры глюкозы в мозгу могут излучать управляющие сигналы, реагируя на временные характеристики уровня глюкозы в крови (т.е. скорость изменения), а не на абсолютные концентрации глюкозы. Таким образом, их статья раскрыла врожденный биологический процесс восприятия, в котором мозг участвует, чтобы контролировать концентрацию глюкозы в крови с течением времени.

«Помимо фундаментальных последствий для понимания того, как устроен наш мозг (то есть «обратного проектирования мозга»), в данном случае, в частности, того, как активность мозга синхронизируется с метаболическим состоянием нашего тела, наши результаты имеют практические последствия для попыток контролировать наш мозг. активности через диетические режимы», — сказал Бурдаков.

«Мы также подтвердили, что это может быть очень важно для основной функции мозга — произвольных движений: мыши, у которых отсутствовали нейроны орексина, не могли нормально приспосабливать свое беговое поведение к уровню глюкозы».

Интересные результаты, полученные этой командой исследователей ETH Zürich, вскоре могут вдохновить на новые эксперименты, посвященные нейронам, продуцирующим орексин. В совокупности эти исследовательские усилия раскрывают важные нервные процессы, которые поддерживают мониторинг физиологических состояний, связанных с уровнем глюкозы в крови.

«Теперь мы хотим пойти дальше и проверить, сохраняют ли классические предположения о функциях мозга актуальность при проверке с помощью современных методов мониторинга временной физиологии тела», — добавил Бурдаков. «Нас особенно интересуют нейроны орексина и то, как их «алгоритмы активности» изменяют процессы в нашем мозге, особенно цепи, связанные с познанием и эмоциями».

Проводится углубленная характеристика основного гена, ответственного за нейродегенеративные заболевания



Новости партнеров