Астроциты, «заботливые» клетки, 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 звездообразные клетки, которые ранее считались просто вспомогательными нейронами в регулировании циркадных ритмов, на самом деле могут управлять темпом работы организма. внутренние часы, и впервые было показано, что они способны контролировать повседневное поведение млекопитающих.
Результаты нового исследования могут проложить путь к новым методам лечения, которые будут использоваться при нарушении циркадных ритмов, что может вызвать смену часовых поясов и нарушения сна, а также способствовать целому ряду заболеваний, от психических расстройств. к слабоумию, диабету и раку.
Суточные ритмы хорошо известны своей ролью в поддержании здоровья человека, и хотя было обнаружено, что многие различные типы клеток в организме имеют свои собственные внутренние часы, синхронизация этих часов в основном контролируется супрахиазматическим ядром (SCN), небольшая область мозга в гипоталамусе, которая действует как главные часы, ответственные за регулирование повседневного поведения.
В этом новом исследовании, проведенном под руководством Лаборатории молекулярной биологии MRC (LMB) в Кембридже, использовалось микроскопическое изображение для детального наблюдения за внутренними молекулярными часами астроцитов и нейронов СХЯ. Удивительно, но это показало, что хотя оба типа клеток имеют свои собственные циркадные часы, они по-разному регулируются и проявляют активность в разное время суток. Было обнаружено, что это тонкое взаимодействие имеет решающее значение для поддержания работы всего часового механизма SCN..
После этого первоначального открытия ученые обнаружили, что у мышей, генетически измененных для отключения внутренних биологических часов, наблюдалось нарушение функции и поведения их СХЯ, но неожиданно было обнаружено, что восстановление генетически функциональных часов только в астроцитах позволило мышам регулировать свою повседневную активность. Это означало, что даже когда астроциты были единственной клеткой у животного с работающими внутренними часами, все же наблюдались закономерности повседневного поведения мышей. Когда исследователи сравнили этот паттерн поведения с мышами, чьи нейронные часы работали, они обнаружили, что период регулируемой активности в СХЯ был примерно на час короче, что также отражалось в поведении мышей, показывая, что астроциты способны контролировать животных. поведение в соответствии с их собственной мелодией, специфичной для клетки.
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 СХЯ к их нейронным партнерам без часов.
«Открытие того, что астроциты могут быть столь же эффективными, как и нейроны, в генерации и передаче циркадного сигнала времени через животное, действительно удивило нас», - сказал доктор Марко Бранкаччио, преподаватель деменции и научный сотрудник британского Исследовательского института деменции в Имперском колледже Лондона. и ведущий автор статьи, ранее работавший в LMB MRC, когда проводилось это исследование. «Из предыдущих исследований мы знали, что эти клетки играют роль в циркадных часах, но мы понятия не имели, что они могут перезапускать циркадные функции нейронов. Это добавляет совершенно новое и неожиданное измерение в нейробиологию циркадных биологических часов и предлагает некоторые захватывающие направления для будущих исследований и возможности разработки методов лечения».
«Это первый случай, когда было продемонстрировано, что астроциты, клетки, которые мы раньше не принимали в расчет как простые вспомогательные клетки, могут фактически контролировать поведение животных. Это значительный прогресс в области неврологии», - добавил доктор. Майкл Гастингс, руководитель отдела нейробиологии в LMB MRC и старший автор статьи.
Доктор Джоанна Латимер, глава отдела неврологии 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 серьезные последствия. опасное воздействие на наше 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, что является важным шагом вперед, если мы хотим более эффективно справляться с воздействием этих условий.."