Stanford University School of Medicine Neurowissenschaftler haben eine neue Rolle durch eine gemeinsame , aber geheimnisvollen Klasse von Gehirnzellen spielte entdeckt.
Ihre Ergebnisse , online veröffentlicht in der Natur , zeigen, dass diese Zellen, genannt Astrozyten aufgrund ihrer sternförmigen Form, aktiv zu verfeinern Nervenzellenschaltungendurch selektive Beseitigung von Synapsen - Kontaktstellen , über die Nervenzellen oder Neuronen vermitteln Impulse zueinander - viel wie ein Bildhauer meißelt überschüssige Felsbrocken , um ein Kunstwerk zu schaffen.
"Das war eine völlig unbekannte Funktion der Astrozyten ", sagte Ben Barres , MD, PhD , Professor und Vorsitzender der Neurobiologie und leitende Autor der Studie. Der federführende Autor war Won- Suk Chung, PhD, ein Postdoc-Stipendiat in Barres ' Labor. Mehr als ein Drittel der Zellen im menschlichen Gehirn -Astrocyten . Aber bis vor kurzem , hat ihre Rolle im Gehirn unklar geblieben.
Die Studie wurde an Hirngewebe von Mäusen durchgeführt , aber es ist wahrscheinlich , den Menschen als auch anzuwenden ist , wobei Barres .
Die Entdeckung trägt zu einem immer deutlicher abzeichnet, dass wesentliche Umgestaltung des Gehirns Schaltungen erfolgt im erwachsenen Gehirn und dass Astrozyten sind Meister Bildhauer seiner sich ständig weiterentwickelnden synaptischen Architektur. Die Erkenntnisse auch die Frage, ob Defizite und Überschüsse in diesem astrozytären Funktion zugrunde liegen könnte zu erhöhen bzw. den Verlust dieser Umbau Kapazität im Alter oder der Massenvernichtung von Synapsen , die in neurodegenerativen Erkrankungen , wie Alzheimer und Parkinson-Krankheit ausbricht .
" Astrozyten sind in den Fahrersitz , wenn es um Bildung , Funktion und Beseitigung Synapsen kommt ", sagte Barres . In früheren Studien , er und seine Kollegen haben gezeigt, dass Astrozyten spielen eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung genau , wann und wo neue Synapsen entstehen.
Die neue Studie zeigt, dass Synapse fress Verhalten Astrozyten ' bis ins Erwachsenenalter fortbesteht und von Aktivität in den Nervenzellen ausgelöst , was darauf hindeutet, Astrozyten können von zentraler Bedeutung für die ständige Feinabstimmung und Umgestaltung des Gehirns Schaltungen im Laufe unseres Lebens auftreten werden als Reaktion auf Erfahrungen wie Lernen , Erinnerung , Emotion und Bewegung. Während Nervenzellen eines gesunden Gehirns intakt bleiben für viel Lebenszeit eines Menschen , die Verbindungen zwischen ihnen - die Synapsen - sind ständig auf Ausbildung , Stärkung , zu schwächen oder zu sterben.
Die Barres Team hat auch zuvor verwickelt andere Hirnzelltyp, die zusammen als Mikroglia in der frühen Entwicklung bekannt ist, in synaptische Beschneiden , als der junge Gehirn erfährt laufenden Episoden der Schaltung Umbau. Die Rolle von Astrozyten in synaptischen Raffination, die neue Studie zeigt , unterscheidet sich von der Mikroglia sowohl vom Zeitpunkt und Mechanismus.
Barres ' Team begann zu vermuten, dass Astrozyten ' Teilnahme an der Bereinigungsprozess , wenn , nachdem sie zur Isolierung von außergewöhnlich reine Populationen verschiedener Arten von Gehirnzellen entwickelten Methoden , sahen sie, dass die Gene für zwei getrennte biochemische Stoffwechselwege in Astrozyten aktiv waren . Beide Wege sind in Phagozytose beteiligt , der Müll - Sammlung Prozess, durch den spezialisierten Zellen im Körper zu verschlingen , schlucken und verdauen toten Zellen ; Fremdmaterialien , einschließlich Bakterien; Trümmer von Wunden; und so weiter. Am vorderen Ende der beiden Signalwege zwei phagozytische Rezeptoren MERKTK und MEGF10 , die in anderen Zelltypen wurde gezeigt, dass , um bestimmte Proteine zu Zielzellen oder Materialien , die Auslösung der anschließenden Einwirkung , Einnahme und Verdauung der Ziele zu binden.
Es ist bekannt, dass ein großer Teil eines Astrozyten Oberflächenmembran ist typischerweise in engem Kontakt mit Neuronen. In der Tat kann ein einziger Astrozyten Tausende von Synapsen ensheathe . Es war nur natürlich , Barres sagte , zu fragen, ob Astrozyten spielen eine Rolle bei der Beseitigung von Synapsen.
Die Forscher erste gezeigt, dass sowohl MERKTK und MEGF10 , zusammen mit ihrer gesamten Tool-Kits von zusammenarbeitenden Proteinen in lebenden Astrozyten im Gehirn der Maus vorhanden sind. ( In unveröffentlichtes Werk , haben sie , da dies unter Verwendung von humanen Astrozyten bestätigt. ) Anschließend zeigten sie, dass Maus- Astrozyten in einer Laborschaleeifrig Synapsen verschlungen und verschickt sie, ihre Lysosomen , stark sauren interne Müllschlucker in den meisten Zellen des Körpers gefunden. Aber das Einwirkung war abhängig von Astrozyten mit funktionellen MEGF10 und MERTK . Deaktivieren einer oder Funktion Schnitt des anderen Rezeptors in Halb Astrozyten ' Fähigkeit, sich auf Synapsen anschwellen ; Ausschlagen beide Rezeptoren senkte die Synapse fress Aktivität um etwa 90 Prozent.
Um festzustellen, ob dies der Fall im wirklichen Leben, Chung, Barres und ihren Mitarbeitern drehte sich zu einem vertrauten experimentellen Modell : einer Hirnregion namens Corpus geniculatum laterale , die eine kritische Komponente der Vision - Verarbeitungssystem des Gehirns ist . Der LGN empfängt Eingaben von Neuronen nur ein paar Stufen stromabwärts von der Photorezeptoren in der Netzhaut. In der frühen Entwicklung sind Neuronen im LGN durch Eingaben von beiden Augen innerviert. Aber an einem kritischen Punkt in der Entwicklung, tritt in ein hochselektiver synaptischen - Bereinigungsprozess , was zu jedem Neuron aus einer Seite des LGN von Neuronen aus einem Auge kontaktiert eigentlich nur . Das Bereinigungsprozess im LGN ist abhängig von der Übertragung von Wellen spontaner neuronaler Impulse mit Ursprung in der Netzhaut.
Das Experimentieren mit Mäusen, die kritische Zeit für die synaptische Beschneiden im LGN eingetreten war , die Ermittler bezeichnet die ankommenden Neuronen in diesem System mit verschiedenfarbigen Flecken so ihre synaptischen Regionen könnten in Astrozyten identifiziert werden, wenn die Astrozyten fraßen sie auf . Und tatsächlich , viel dieses Labels erschienen innerhalb Astrozyten " Lysosomen , was darauf hinweist , dass Astrozyten waren aktiv Einnahme von Synapsen. Ausschlagen der einen oder anderen oder insbesondere beide der phagozytischen Rezeptoren stark reduziert die Menge an markiertem Material in synaptischen Astrozyten . Beeinträchtigen astrozytären MERKTK und MEGF10 Funktion verursachte auch ein Versagen der LGN Neuronen , ihre Eingänge nur Neuronen aus nur einem Auge zu beschränken , eindeutig verwickelt Astrozyten in diesem Prozess. Elektrophysiologie Experimente bewiesen, dass die LGN Neuronen in den MERKTK- und MEGF10 - Knockout-Mäusen erhalten eine übermäßige Anzahl von Synapsen , die zeigen, dass Astrozyten spielen eine aktive Rolle bei der Beschneidung Synapsen während der Entwicklung.
Wichtig ist, dass die Injektion eines Arzneimittels blockiert die Übertragung von Spontan Wellen elektrischer Impulse mit Ursprung in der Netzhaut stark eingeschränkter Astrozyten Fähigkeit der Synapsen zu essen, die zeigen, dass die Synapse - Beschneiden Neigung ist , um neuronale Aktivität verknüpft . Weitere Tests zeigten, dass Astrozyten Phagozytose von Synapsen bis ins Erwachsenenalter .
Barres sagte, dies wirft die Frage auf , ob Astrozyten Funktion während des gesamten Lebens , ständig neu zu strukturieren unsere neuronalen Reaktion auf experimentell induzierten Hirnaktivität . Wenn Astrozyten " synaptischen Naschen verlangsamt mit dem Altern , wie die der anderen phagozytierenden Zellarten ist bekannt, dass zu tun , könnte die Fähigkeit des alternden Gehirns auf neue Erfahrungen anpassen zu reduzieren, sagte er. " Vielleicht müssen die Astrozyten zu verschlingen alten Synapsen , um Platz für neue zu machen . "
Wenn ja, ist es möglich , eines Tages , um Drogen zu entwerfen, um phagozytischen Prozess Astrozyten ' von Verlangsamung zu halten , Barres aufgenommen. Solche Medikamente könnte die Akkumulation in alternden Gehirn der Vergangenheit ihre Prime - Synapsen , die anfällig für Degeneration bei Alzheimer , Parkinson und anderen neurodegenerativen Erkrankung, die durch massiven Synapsenverlust sind zu vermeiden.