Астроциты, клетки-хранители, которые окружают и поддерживают нейроны в мозге, играют гораздо более важную роль в циркадных ритмах, 24-часовых внутренних часах организма, чем считалось ранее.
Исследование, финансируемое Медицинским исследовательским советом (MRC), опубликованное сегодня в журнале Science , показало, что эти звездчатые клетки, которые ранее считались просто поддерживающими нейронами в регуляции циркадных ритмов, на самом деле могут вести темп внутренних часов организма и были впервые показано, что он способен контролировать закономерности повседневного поведения млекопитающих.
Результаты нового исследования могут проложить путь для использования новых методов лечения при нарушении циркадных ритмов, которые могут вызвать нарушение ритма и нарушения сна, а также способствовать развитию различных состояний здоровья, от психических расстройств до деменции, диабета и рак.
Циркадные ритмы хорошо известны своей ролью в поддержании здоровья человека, и хотя было обнаружено, что многие различные типы клеток по всему телу имеют свои собственные внутренние часы, время этих часов главным образом контролируется супрахиазматическим ядром (SCN), небольшим область мозга в гипоталамусе, которая выступает в качестве основных часов, отвечающих за регулирование повседневного поведения.
В этом новом исследовании, возглавляемом Лабораторией молекулярной биологии MRC (ЛКМ) в Кембридже, использовалась микроскопическая визуализация для наблюдения за точными временными характеристиками внутренних молекулярных часов астроцитов и нейронов SCN. Удивительно, но это показало, что, хотя оба типа клеток имеют свои собственные циркадные часы, они по-разному регулируются и были замечены как активные в разное время дня. Было обнаружено, что это деликатное взаимодействие имеет решающее значение в сохранении часового механизма всего SCN.
После этого первоначального открытия ученые обнаружили, что мыши, генетически измененные, чтобы заставить их замолчать, показывали, что их внутренние часы тела нарушали функцию и поведение SCN, но неожиданно обнаружили, что восстановление генетически функциональных часов только в астроцитах позволяет мышам регулировать свою ежедневную активность. Это означало, что даже когда астроциты были единственной клеткой у животного с работающими внутренними часами, все еще наблюдались закономерности ежедневного поведения мышей. Когда исследователи сравнили эту модель поведения с мышами, чьи нейрональные часы работали, они обнаружили, что период регулируемой активности в SCN был примерно на один час короче, что также отражалось поведением мыши, показывая, что астроциты способны контролировать животных поведение к собственной клеточной мелодии.
Исследование также показало, что глутамат, нейротрансмиттер в головном мозге и центральной нервной системе, действовал как химический сигнал, используемый для передачи сигналов времени от работающих астроцитов SCN их партнерам по нейронам без часов.
«Открытие того, что астроциты могут быть столь же эффективными, как и нейроны, для генерации и передачи циркадного сигнала синхронизации по животному, действительно удивило нас», — сказал доктор Марко Бранкаччо, преподаватель деменции и научный сотрудник Британского института деменции в Имперском колледже Лондона и ведущий автор документ, ранее в LMB MRC, когда это исследование было предпринято. «Из предыдущего исследования мы знали, что эти клетки играют роль в циркадных часах, но мы понятия не имели, что они могут возобновить циркадную функцию нейронов. Это добавляет совершенно новое и непредвиденное измерение в нейробиологию циркадных часов тела и предполагает некоторые захватывающие возможности для будущих исследований и потенциала для разработки методов лечения «.
«Впервые было продемонстрировано, что астроциты, клетки, которые мы ранее упускали из виду как простые поддерживающие клетки , могут реально контролировать поведение животных . Это значительный прогресс в области нейробиологии», — добавил д-р Майкл Хастингс, руководитель из отдела нейробиологии в ЛКМ MRC и старший автор статьи.
Доктор Джоанна Латимер, руководитель отдела нейробиологии и психического здоровья в MRC, сказала: «В последние годы становится все более очевидным, что нарушение внутренних часов организма из- за сменной работы, деменции и других неврологических заболеваний может иметь опасное влияние на наше здоровье. здоровье и благополучие. Это исследование является важным шагом на пути к лучшему пониманию того, как мозг контролирует эти циркадные ритмы на молекулярном и клеточном уровне, существенному прогрессу, если мы хотим более эффективно управлять воздействием этих состояний ».
