Entdeckung des Mechanismus zur Steigerung der Gehirnenergie

Zusammenfassung: Forscher konnten einen Schlüsselmechanismus zur Erkennung, wann das Gehirn einen Energieschub benötigt, identifizieren, an dem Astrozyten und das Molekül Adenosin beteiligt sind. Diese Entdeckung könnte zu neuen Behandlungen zur Erhaltung der Gesundheit und Langlebigkeit des Gehirns führen, insbesondere zur Bekämpfung von kognitivem Verfall und neurodegenerativen Erkrankungen.

Die Studie ergab, dass Astrozyten die neuronale Aktivität überwachen und Bahnen aktivieren, die das Gehirn mit Energie versorgen und so eine effiziente Gehirnfunktion gewährleisten. Diese Entdeckung bietet potenzielle Behandlungsmöglichkeiten für Erkrankungen wie die Alzheimer-Krankheit.

Wichtige Fakten:

1. Astrozyten spielen eine entscheidende Rolle bei der Energieversorgung von Neuronen bei Aktivitäten mit hoher Nachfrage.
2. Das Adenosinmolekül ist für die Aktivierung des Glukosestoffwechsels in Astrozyten unerlässlich.
3. Die Deaktivierung dieses energiesteigernden Mechanismus beeinträchtigt die Gehirnfunktion, das Gedächtnis und den Schlaf.

Quelle: University College London

In einer von Wissenschaftlern der University of London durchgeführten Studie an Mäusen und Zellen wurde ein Schlüsselmechanismus identifiziert, der zeigt, wann das Gehirn einen zusätzlichen Energieschub zur Unterstützung seiner Aktivität benötigt.

Wissenschaftler sagen, dass ihre Ergebnisse, die in… veröffentlicht wurden. NaturDiese Entdeckung könnte uns dabei helfen, neue Behandlungen zur Erhaltung der Gesundheit und Langlebigkeit des Gehirns zu entwickeln, da andere Studien herausgefunden haben, dass der Energiestoffwechsel des Gehirns im späten Lebensalter gestört sein und zum kognitiven Verfall und zur Entwicklung neurodegenerativer Erkrankungen beitragen kann.

Der Hauptautor Professor Alexander Gorin (Neurowissenschaften, Physiologie und Pharmakologie, University College London) sagte: „Unser Gehirn besteht aus Milliarden von Neuronen, die zusammenarbeiten, um viele Funktionen zu koordinieren und komplexe Aufgaben wie die Steuerung von Bewegungen, das Lernen und die Bildung von Erinnerungen auszuführen.“ Alle diese Berechnungen erfordern viel Energie und erfordern eine konstante Versorgung mit Nährstoffen und Sauerstoff.

„Wenn unser Gehirn am aktivsten ist, beispielsweise wenn wir eine geistig anstrengende Aufgabe ausführen, benötigt unser Gehirn einen sofortigen Energieschub, aber die genauen Mechanismen, die dafür sorgen, dass aktive Gehirnbereiche bei Bedarf lokal mit Stoffwechselenergie versorgt werden, sind nicht vollständig geklärt.“

Frühere Untersuchungen haben gezeigt, dass viele Gehirnzellen, sogenannte Astrozyten, eine Rolle dabei spielen, Neuronen im Gehirn mit der benötigten Energie zu versorgen. Astrozyten, die wie Sterne geformt sind, sind eine Art Gliazellen, bei denen es sich um nicht-neuronale Zellen handelt, die im Zentralnervensystem vorkommen.

Wenn benachbarte Neuronen eine erhöhte Energieversorgung benötigen, greifen Astrozyten schnell ein, indem sie ihre eigenen Glukosespeicher aktivieren und verstoffwechseln, was zu einer erhöhten Produktion und Freisetzung von Laktat führt. Laktat ergänzt den Energievorrat, der den Neuronen im Gehirn zur Verfügung steht.

Professor Gorin erklärte: „In unserer Studie haben wir genau herausgefunden, wie Astrozyten den Energieverbrauch ihrer benachbarten Neuronen überwachen und diesen Prozess initiieren können, der verstopfte Gehirnbereiche mit zusätzlicher chemischer Energie versorgt.“

In einer Reihe von Experimenten mit Mausmodellen und Zellproben identifizierten die Forscher eine Reihe spezifischer Rezeptoren in Astrozyten, die neuronale Aktivität erkennen und überwachen können und einen Signalweg stimulieren, an dem ein essentielles Molekül namens Adenosin beteiligt ist.

Forscher haben herausgefunden, dass der metabolische Signalweg, den Adenosin in Astrozyten aktiviert, derselbe Weg ist, der Energiespeicher in Muskeln und Leber rekrutiert, beispielsweise wenn wir Sport treiben.

Adenosin aktiviert den Glukosestoffwechsel in Astrozyten und versorgt Neuronen mit Energie, um sicherzustellen, dass die synaptische Funktion (Neurotransmitter, die Kommunikationssignale zwischen Zellen übertragen) bei hohem Energiebedarf oder niedrigem Energieangebot schnell weiterläuft.

Die Forscher fanden heraus, dass bei der Inaktivierung wichtiger Astrozytenrezeptoren bei Mäusen die Gehirnaktivität des Tieres weniger effektiv war, einschließlich einer erheblichen Beeinträchtigung des Gehirnstoffwechsels, des Gedächtnisses und der Schlafstörungen. Dies zeigte, dass der von ihnen identifizierte Signalweg für Prozesse wie Lernen und Gedächtnis von entscheidender Bedeutung ist und Schlaf.

Erstautor und Co-Autor der Studie, Dr. Shafiq Thiparambil, der die Studie an der University of London begann, bevor er an die Lancaster University wechselte, sagte: „Die Identifizierung dieses Mechanismus könnte weitreichendere Auswirkungen haben, da er eine Möglichkeit zur Behandlung von Gehirnkrankheiten sein könnte, bei denen die Energieregulierung des Gehirns eine Rolle spielt.“ wird herunterreguliert, wie zum Beispiel Neurodegeneration und Demenz.“

Professor Gorin fügte hinzu: „Wir wissen, dass das Energiegleichgewicht im Gehirn mit zunehmendem Alter zunehmend schwächer wird und dieser Prozess sich mit der Entwicklung neurodegenerativer Erkrankungen wie der Alzheimer-Krankheit beschleunigt.“

„Unsere Studie identifiziert ein attraktives, leicht behandelbares Ziel und eine therapeutische Möglichkeit, Gehirnenergie zu retten, um die Gehirnfunktion zu schützen, die kognitive Gesundheit zu erhalten und die Langlebigkeit des Gehirns zu fördern.“

Finanzierung: Die Forscher erhielten Unterstützung von der Wellcome Foundation und Wissenschaftler der University of London, der Lancaster University, des Imperial College London, des King’s College London, der Queen Mary University of London, der University of Bristol, der University of Warwick und der University of Colorado waren an der Studie beteiligt .

Über diese Neuigkeiten aus der neurowissenschaftlichen Forschung

Autor: Chris Lynn
Quelle: University College London
Kommunikation: Chris Lane – UCL
Bild: Bild entnommen aus Neuroscience News

Ursprüngliche Suche: Offener Zugang.
„Die Adenosin-Signalübertragung an Astrozyten koordiniert den Stoffwechsel und die Funktion des Gehirns„Von Alexander Gorin et al. Natur

eine Zusammenfassung

Die Adenosin-Signalübertragung an Astrozyten koordiniert den Stoffwechsel und die Funktion des Gehirns

Die Berechnungen, die das Gehirn mit Milliarden von Neuronen durchführt, sind auf eine ausreichende und kontinuierliche Versorgung mit Nährstoffen und Sauerstoff angewiesen.

Astrozyten, die allgegenwärtigen Nachbarn von Neuroglia und Glia, steuern die Glukoseaufnahme und den Stoffwechsel im Gehirn, aber die genauen Mechanismen der metabolischen Verbindung zwischen Neuronen und Astrozyten, die eine bedarfsgerechte Unterstützung des neuronalen Energiebedarfs gewährleisten, sind nicht vollständig geklärt.

Hier zeigen wir anhand experimenteller In-vitro- und In-vivo-Tiermodelle, dass die neuronale aktivitätsabhängige metabolische Aktivierung von Astrozyten durch den Neuromodulator Adenosin vermittelt wird, der auf die A2B-Rezeptoren der Astrozyten wirkt. Die Stimulation des A2B-Rezeptors rekrutiert die klassische zyklische Adenosin-3′,5′-Monophosphat-Proteinkinase.

Ein Signalweg, der zu einer schnellen Aktivierung des Glukosestoffwechsels in Astrozyten und zur Freisetzung von Laktat führt, das den leicht verfügbaren extrazellulären Energiepool ergänzt.

Experimentelle Mausmodelle mit bedingter Deletion des Gens, das den A2B-Rezeptor in Astrozyten codiert, haben gezeigt, dass die Adenosin-vermittelte Stoffwechselsignalisierung für die Aufrechterhaltung der synaptischen Funktion wesentlich ist, insbesondere unter Bedingungen eines hohen Energiebedarfs oder einer niedrigen Energieversorgung.

Die Inaktivierung der Expression von A2B-Rezeptoren in Astrozyten führte zu einer umfassenden Neuprogrammierung des Energiestoffwechsels im Gehirn, wodurch die synaptische Plastizität im Hippocampus verhindert, das Erkennungsgedächtnis erheblich beeinträchtigt und der Schlaf gestört wurde.

Diese Daten identifizieren den Adenosin-A2B-Rezeptor als Astrozytensensor für neuronale Aktivität und zeigen, dass die cAMP-Signalisierung in Astrozyten den Energiestoffwechsel des Gehirns anpasst, um ihre Grundfunktionen wie Schlaf und Gedächtnis zu unterstützen.