Maklumat

Adakah astrosit berhubung dan berkomunikasi secara kimia dengan astrosit lain?

Adakah astrosit berhubung dan berkomunikasi secara kimia dengan astrosit lain?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Saya sedang membina model baru tisu saraf untuk tujuan Pembelajaran Mesin dan sedang cuba menyahpilih fungsi astroglia.

Kesusasteraan mencadangkan bahawa astrocytes membentuk sinaps, memberikan mereka sokongan struktur, memandangkan sinaps adalah titisan berminyak di antara dua 'tentacles' neuron yang masuk akal, melakukan fungsi penjaga pada sinaps yang diselitkan berkenaan dengan neurotransmiter dan, melalui kaki perivaskularnya, menyediakan sumber daripada saluran darah berdekatan.

Kesusasteraan seterusnya mencadangkan bahawa astrocyte mungkin memainkan peranan dalam beberapa gangguan neurologi jika 'kesan' ionik dari satu set kaki perivaskular, iaitu satu set sinaps, 'bocor' merentasi penghalang kimia dalaman dalam astrocyte tersebut, merebak. 'kesan' kepada set sinaps lain yang mungkin tidak berkaitan. Saya dapat melihat bagaimana ini boleh mempengaruhi dan menyebabkan pembelajaran yang tidak berkaitan, yang mungkin menjadi ciri beberapa gangguan neurologi, salah satunya yang dicadangkan oleh kertas itu ialah skizofrenia dan corak pembelajaran yang tidak diperolehi dan tidak teratur.

Saya dapat menghargai bagaimana beberapa bentuk pembelajaran setempat atau pembelajaran keseluruhan atau separa laluan, berbanding pembelajaran tahap neuron individu tulen, pastinya akan memberi manfaat kepada rangkaian pembelajaran dalam mempercepatkan pembelajaran.

Adakah astrosit bersambung dengan astrosit dan jika ya bagaimana dan apakah pemesejan kimia yang terdapat di sana?

Saya memohon maaf kerana saya bukan ahli neurokimia sahaja seorang pembangun perisian dengan latar belakang dalam bidang elektronik dan walaupun saya boleh mengikuti beberapa kimia, saya berminat dengan tujuan fungsi komponen biologi ini. Alam semula jadi hanya mempunyai kimia untuk bekerja apabila mekanisme ini berkembang tetapi, sebagai tambahan, jika ia mempunyai akses kepada elektronik dan perisian, seseorang menganggap tisu saraf akan menjadi lebih mudah untuk kita fahami.


Hubungan astrocyte-ke-astrocyte dan gelung maklum balas positif bagi isyarat faktor pertumbuhan mengawal kematangan astrocyte

(29 April 2019)

oleh Jiwen Li, Rana R. Khankan, Christine Caneda, Marlesa I. Godoy, Michael S. Haney, Mitchell C. Krawczyk, Michael C. Bassik, Steven A. Sloan, Ye Zhang Diterbitkan 'Glia'

Ini nampaknya memberi saya butiran yang saya perlukan.

Pematangan astrocyte nampaknya dipercepatkan disebabkan oleh isyarat kimia daripada astrocytes di sekitar mereka, tetapi astrocytes tidak 'mengisyaratkan', seperti yang difahami sebagai ciri pembelajaran rangkaian, antara satu sama lain.

Terima kasih atas bantuan kamu.


Sel Glial

Sel glial, sel neuroglial, atau glia tidak lagi dianggap mempunyai peranan struktur semata-mata dalam sistem saraf pusat, ia juga didapati mengawal kadar penembakan saraf, keplastikan otak dan tindak balas imun. Banyak sel-sel kecil yang kekurangan akson dan/atau dendrit ini telah menjadi subjek penyelidikan penting, tetapi kami masih hanya menggaru permukaan banyak peranan mereka. Sel glial wujud dalam sistem saraf pusat (CNS) dan sistem saraf periferi beberapa jenis sel glial malah boleh bergerak merentasi halangan antara CNS dan PNS.


Sejarah sel Glial

Sel glial membentuk lain sel otak. Mereka adalah kumpulan pelbagai sel yang serba boleh dalam julat fungsinya.

Sel glial pertama kali ditemui pada tahun 1838 oleh Robert Remak. Dia menemui sel Schwann (dinamakan sempena Theodor Schwann, yang mengesahkan penemuan Remak&rsquos), iaitu sejenis sel glial yang meliputi akson panjang neuron. Selepas kejayaan awal ini, banyak sel glial lain ditemui, daripada astrosit berbentuk bintang, mikroglia kecil dan oligodendrosit berbilang serampang.

Walau bagaimanapun, semua sel ini, walaupun kepelbagaiannya, telah diturunkan kepada status semata-mata &ldquoglue&rdquo, asal Greek perkataan &ldquoglia&rdquo. Ahli sains saraf pada awal abad ke-20 berpendapat bahawa glia tidak lebih daripada menyokong neuron dalam fungsinya.


Neuron

Empat jenis neuron utama menghantar isyarat melalui badan melalui struktur khusus seperti dendrit, akson, dan sinaps.

Objektif Pembelajaran

Terangkan fungsi komponen struktur neuron

Pengambilan Utama

Perkara utama

  • Dendrit ialah struktur seperti pokok dalam neuron yang memanjang dari badan sel untuk menerima mesej daripada neuron lain pada sinaps tidak semua neuron mempunyai dendrit.
  • Sinaps membolehkan dendrit daripada neuron tunggal berinteraksi dan menerima isyarat daripada banyak neuron lain.
  • Akson ialah struktur seperti tiub yang menghantar isyarat kepada neuron, otot, atau organ lain tidak semua neuron mempunyai akson.
  • Neuron dibahagikan kepada empat jenis utama: unipolar, bipolar, multipolar, dan pseudounipolar.
  • Neuron unipolar hanya mempunyai satu struktur yang memanjang dari neuron bipolar soma mempunyai satu akson dan satu dendrit memanjang dari soma.
  • Neuron multipolar mengandungi satu akson dan banyak dendrit neuron pseudounipolar mempunyai struktur tunggal yang memanjang dari soma, yang kemudiannya bercabang menjadi dua struktur yang berbeza.

Syarat Utama

  • dendrit: unjuran bercabang neuron yang menghantar impuls yang diterima daripada sel saraf lain ke badan sel
  • akson: unjuran langsing panjang sel saraf yang menghantar impuls saraf dari badan sel ke neuron, otot dan organ lain
  • sinaps: persimpangan antara terminal neuron dan sama ada neuron lain atau otot atau sel kelenjar, di mana impuls saraf dilalui

Neuron

Sistem saraf lalat makmal biasa, Drosophila melanogaster, mengandungi sekitar 100,000 neuron, jumlah yang sama seperti udang galah. Jumlah ini berbanding dengan 75 juta pada tikus dan 300 juta pada sotong. Otak manusia mengandungi sekitar 86 bilion neuron. Walaupun bilangan yang sangat berbeza ini, sistem saraf haiwan ini mengawal banyak tingkah laku yang sama, daripada refleks asas kepada tingkah laku yang lebih rumit seperti mencari makanan dan meminang pasangan. Keupayaan neuron untuk berkomunikasi antara satu sama lain, dan juga dengan jenis sel lain, mendasari semua tingkah laku ini.

Kebanyakan neuron berkongsi komponen selular yang sama. Tetapi neuron juga sangat khusus: jenis neuron yang berbeza mempunyai saiz dan bentuk yang berbeza yang berkaitan dengan peranan fungsinya.

Bahagian Neuron

Setiap neuron mempunyai badan sel (atau soma) yang mengandungi nukleus, retikulum endoplasma licin dan kasar, radas Golgi, mitokondria, dan komponen selular lain. Neuron juga mengandungi struktur unik, berbanding kebanyakan sel, yang diperlukan untuk menerima dan menghantar isyarat elektrik yang membolehkan komunikasi neuron. Dendrit ialah struktur seperti pokok yang memanjang dari badan sel untuk menerima mesej daripada neuron lain di persimpangan khusus yang dipanggil sinaps. Walaupun sesetengah neuron tidak mempunyai dendrit, jenis neuron lain mempunyai berbilang dendrit. Dendrit boleh mempunyai tonjolan kecil yang dipanggil duri dendritik, yang meningkatkan lagi luas permukaan untuk kemungkinan sambungan sinaptik.

Struktur sel neuron: Neuron mengandungi organel yang biasa kepada banyak sel lain, seperti nukleus dan mitokondria. Mereka juga mempunyai struktur yang lebih khusus, termasuk dendrit dan akson.

Sebaik sahaja isyarat diterima oleh dendrit, ia kemudian bergerak secara pasif ke badan sel. Badan sel mengandungi struktur khusus, bukit akson, yang mengintegrasikan isyarat daripada berbilang sinaps dan berfungsi sebagai persimpangan antara badan sel dan akson: struktur seperti tiub yang menyebarkan isyarat bersepadu ke penghujung khusus yang dipanggil terminal akson. Terminal ini, seterusnya, bersinaps pada neuron, otot, atau organ sasaran yang lain. Bahan kimia yang dilepaskan pada terminal akson membolehkan isyarat disampaikan kepada sel-sel lain ini. Neuron biasanya mempunyai satu atau dua akson, tetapi sesetengah neuron, seperti sel amakrin dalam retina, tidak mengandungi sebarang akson. Sesetengah akson dilitupi dengan mielin, yang bertindak sebagai penebat untuk meminimumkan pelesapan isyarat elektrik semasa ia bergerak ke bawah akson, dengan sangat meningkatkan kelajuan pengaliran. Penebat ini penting kerana akson dari neuron motor manusia boleh sepanjang satu meter: dari pangkal tulang belakang ke jari kaki. Sarung myelin sebenarnya bukan sebahagian daripada neuron. Myelin dihasilkan oleh sel glial. Di sepanjang jenis akson ini, terdapat jurang berkala dalam sarung myelin. Jurang ini, dipanggil “nod Ranvier,” ialah tapak di mana isyarat “dicas semula” semasa ia bergerak sepanjang akson.

Adalah penting untuk diperhatikan bahawa neuron tunggal tidak bertindak sendiri. Komunikasi neuron bergantung pada sambungan yang dibuat oleh neuron antara satu sama lain (serta dengan sel lain, seperti sel otot). Dendrit daripada neuron tunggal mungkin menerima sentuhan sinaptik daripada banyak neuron lain. Sebagai contoh, dendrit daripada sel Purkinje dalam otak kecil dianggap menerima sentuhan daripada sebanyak 200,000 neuron lain.

Jenis-jenis Neuron

Terdapat pelbagai jenis neuron, peranan fungsi neuron tertentu sangat bergantung pada strukturnya. Terdapat kepelbagaian bentuk dan saiz neuron yang menakjubkan yang terdapat di bahagian berlainan sistem saraf (dan merentas spesies).

Kepelbagaian neuron: Terdapat kepelbagaian besar dalam saiz dan bentuk neuron di seluruh sistem saraf. Contohnya termasuk (a) sel piramid daripada korteks serebrum, (b) sel Purkinje daripada korteks serebelum, dan (c) sel pencium daripada epitelium penciuman dan mentol penciuman.

Walaupun terdapat banyak subtipe sel neuron yang ditentukan, neuron secara meluas dibahagikan kepada empat jenis asas: unipolar, bipolar, multipolar, dan pseudounipolar. Neuron unipolar hanya mempunyai satu struktur yang memanjang dari soma. Neuron ini tidak terdapat dalam vertebrata, tetapi terdapat dalam serangga di mana ia merangsang otot atau kelenjar. Neuron bipolar mempunyai satu akson dan satu dendrit memanjang dari soma. Contoh neuron bipolar ialah sel bipolar retina, yang menerima isyarat daripada sel fotoreseptor yang sensitif kepada cahaya dan menghantar isyarat ini kepada sel ganglion yang membawa isyarat ke otak. Neuron multipolar adalah jenis neuron yang paling biasa. Setiap neuron multipolar mengandungi satu akson dan berbilang dendrit. Neuron multipolar boleh didapati dalam sistem saraf pusat (otak dan saraf tunjang). Sel Purkinje, neuron multipolar dalam cerebellum, mempunyai banyak dendrit bercabang, tetapi hanya satu akson. Sel pseudounipolar berkongsi ciri dengan kedua-dua sel unipolar dan bipolar. Sel pseudounipolar mempunyai struktur tunggal yang memanjang dari soma (seperti sel unipolar), yang kemudiannya bercabang menjadi dua struktur yang berbeza (seperti sel bipolar). Kebanyakan neuron deria adalah pseudounipolar dan mempunyai akson yang bercabang menjadi dua sambungan: satu disambungkan kepada dendrit yang menerima maklumat deria dan satu lagi yang menghantar maklumat ini ke saraf tunjang.

Jenis-jenis Neuron: Neuron secara meluas dibahagikan kepada empat jenis utama berdasarkan bilangan dan penempatan akson: (1) unipolar, (2) bipolar, (3) multipolar, dan (4) pseudounipolar.

Tujuh jenis glia mempunyai fungsi tertentu yang berperanan dalam menyokong fungsi neuron.

Objektif Pembelajaran

Terangkan peranan khusus yang dimainkan oleh tujuh jenis glia dalam sistem saraf

Pengambilan Utama

Perkara utama

  • Glia membimbing mengembangkan neuron ke destinasi mereka, menampan ion dan bahan kimia berbahaya, dan membina sarung mielin di sekeliling akson.
  • Dalam astrosit CNS membekalkan nutrien kepada neuron, memberikan sokongan struktur sinaps, dan menyekat bahan toksik daripada memasuki glia satelit otak memberikan nutrien dan sokongan struktur untuk neuron dalam PNS.
  • Microglia mengais dan merendahkan sel-sel mati, melindungi otak daripada mikroorganisma yang menyerang.
  • Oligodendrocytes membentuk sarung myelin di sekeliling akson dalam sel Schwann CNS membentuk sarung myelin di sekeliling akson dalam PNS.
  • Radial glia berfungsi sebagai jambatan untuk membangunkan neuron semasa mereka berhijrah ke destinasi akhir mereka.
  • Sel ependymal melapisi ventrikel otak yang dipenuhi cecair dan saluran pusat saraf tunjang yang menghasilkan cecair serebrospinal.

Syarat Utama

  • satelit glia: sel glial yang membekalkan nutrien untuk neuron dalam PNS
  • glia jejari: sel glial yang berfungsi sebagai jambatan untuk membangunkan neuron semasa mereka bergerak ke destinasi akhir mereka
  • astrosit: sel neuroglial, dalam bentuk bintang, dalam otak

Walaupun glia (atau sel glial ) sering dianggap sebagai pelakon sokongan sistem saraf, bilangan sel glial dalam otak sebenarnya melebihi bilangan neuron dengan faktor sepuluh. Neuron tidak akan dapat berfungsi tanpa peranan penting yang dipenuhi oleh sel glial ini. Glia membimbing neuron membangunkan ke destinasinya, ion penampan dan bahan kimia yang sebaliknya akan membahayakan neuron, dan menyediakan sarung mielin di sekeliling akson. Para saintis baru-baru ini mendapati bahawa mereka juga memainkan peranan dalam bertindak balas kepada aktiviti saraf dan memodulasi komunikasi antara sel-sel saraf. Apabila glia tidak berfungsi dengan baik, akibatnya boleh mendatangkan malapetaka kebanyakan tumor otak disebabkan oleh mutasi pada glia.

Jenis Glia

Terdapat beberapa jenis glia yang berbeza dengan fungsi yang berbeza. Astrosit membuat hubungan dengan kedua-dua kapilari dan neuron dalam CNS. Mereka membekalkan nutrien dan bahan lain kepada neuron, mengawal kepekatan ion dan bahan kimia dalam cecair ekstraselular, dan menyediakan sokongan struktur untuk sinaps. Astrosit juga membentuk penghalang darah-otak: struktur yang menghalang kemasukan bahan toksik ke dalam otak. Mereka telah ditunjukkan, melalui eksperimen pengimejan kalsium, untuk menjadi aktif sebagai tindak balas kepada aktiviti saraf, menghantar gelombang kalsium antara astrosit, dan memodulasi aktiviti sinaps di sekelilingnya. Glia satelit menyediakan nutrien dan sokongan struktur untuk neuron dalam PNS. Microglia mengais dan merendahkan sel mati, melindungi otak daripada mikroorganisma yang menyerang. Oligodendrocytes membentuk sarung myelin di sekeliling akson dalam CNS. Satu akson boleh dimielinkan oleh beberapa oligodendrosit satu oligodendrosit boleh menyediakan mielin untuk berbilang neuron. Ini berbeza daripada PNS di mana satu sel Schwann menyediakan mielin untuk hanya satu akson kerana keseluruhan sel Schwann mengelilingi akson. Radial glia berfungsi sebagai jambatan untuk membangunkan neuron semasa mereka berhijrah ke destinasi akhir mereka. Sel ependymal melapisi ventrikel otak yang dipenuhi cecair dan saluran pusat saraf tunjang. Mereka terlibat dalam pengeluaran cecair serebrospinal, yang berfungsi sebagai kusyen untuk otak, menggerakkan cecair antara saraf tunjang dan otak, dan merupakan komponen untuk plexus choroid.

Imej sel glial: (a) Astrosit dan (b) oligodendrosit ialah sel glial sistem saraf pusat.

Sel glial: Sel glial menyokong neuron dan mengekalkan persekitarannya. Sel glial (a) sistem saraf pusat termasuk oligodendrosit, astrosit, sel ependymal dan sel mikroglial. Oligodendrocytes membentuk sarung myelin di sekeliling akson. Astrosit membekalkan nutrien kepada neuron, mengekalkan persekitaran ekstraselular mereka, dan memberikan sokongan struktur. Microglia memusnahkan patogen dan sel mati. Sel ependymal menghasilkan cecair serebrospinal yang melindungi neuron. Sel glial sistem saraf periferi (b) termasuk sel Schwann, yang membentuk sarung myelin, dan sel satelit, yang menyediakan nutrien dan sokongan struktur kepada neuron.


Tetingkap ke dalam Otak Menunjukkan Kepentingan Astrosit

Adakah anda pernah berharap anda boleh mengintip ke dalam otak seseorang dan melihat apa yang berlaku di sana? Dalam penyelidikan yang dilaporkan dalam isu ini Biologi PLoS, Hajime Hirase dan rakan-rakannya di Universiti Rutgers telah melakukan perkara itu dengan memfokuskan mikroskop mereka pada otak tikus hidup untuk memeriksa bagaimana sel tertentu yang dipanggil astrocytes berfungsi dalam vivo. ​ vivo.

Dalam usaha lama untuk memahami cara otak berfungsi, saintis telah memberi tumpuan kepada neuron. Neuron menjalankan potensi tindakan, isyarat elektrik yang menghantar maklumat dalam sistem saraf. Tetapi otak juga mengandungi beberapa jenis sel lain yang dipanggil glia. (Glia berasal daripada bahasa Latin untuk “glue” sel-sel ini dianggap ȁmemegang semuanya bersama-sama.”) Satu jenis sel glial, astrocyte (dinamakan untuk bentuk seperti bintang), merupakan sel yang paling ramai penduduknya di otak dan membentuk hubungan intim dengan neuron dan sinapsnya. Adalah dipercayai bahawa sel-sel ini memainkan peranan sokongan dalam otak, memastikan persekitaran kimia yang sesuai untuk sinaps.

Kajian terkini, bagaimanapun, telah mencadangkan bahawa astrosit dan sel glial lain mungkin memainkan peranan yang lebih penting. Apabila memeriksa astrosit yang dibiakkan di makmal, saintis telah memerhatikan tingkah laku yang menunjukkan bahawa astrosit boleh berkomunikasi dengan neuron. Walaupun astrosit tidak dapat menyebarkan isyarat elektrik seperti neuron, mereka dapat merasakan penghantaran isyarat tersebut pada sinaps antara dua neuron. Tambahan pula, astrosit mampu menyebarkan jenis isyarat yang berbeza, isyarat kimia berdasarkan pembebasan ion kalsium. Isyarat kalsium ialah mekanisme isyarat kimia yang telah diperhatikan dalam banyak jenis sel lain. Sifat tepat komunikasi neuron𠄺strocyte, walau bagaimanapun, tidak jelas kerana persediaan berbeza bagi tisu ini telah menghasilkan keputusan yang berbeza. Ia juga tidak dapat dipastikan bahawa jenis komunikasi ini berlaku dalam otak yang hidup.

Untuk meneroka soalan sedemikian, Hirase dan rakan sekerja telah mengambil langkah seterusnya dengan menyiasat sifat isyarat kalsium astrosit dalam otak tikus hidup. Untuk mencapai kejayaan ini, para penyelidik menggunakan gabungan dua teknologi. Mereka memantau isyarat kalsium menggunakan pewarna pendarfluor yang dipanggil Fluo-4, yang pendarfluor sebagai tindak balas kepada ion kalsium. Kemudian mereka menggunakan jenis mikroskop khas yang dipanggil mikroskop pengimbasan laser dua foton untuk memvisualisasikan pewarna. Memandangkan mikroskop jenis ini menggunakan laser tenaga yang lebih rendah, ia boleh menggambarkan pewarna dalam tisu hidup tanpa menyebabkan kemudaratan.

Para penyelidik menggunakan pewarna pada otak tikus yang dibius, membasuh lebihan pewarna yang tidak menembusi ke dalam sel, dan kemudian menggambarkan tisu di bawah mikroskop. Mereka mula-mula mengesahkan bahawa mereka memang sedang memeriksa astrosit dan mendapati bahawa sel-sel menunjukkan tahap sederhana aktiviti isyarat kalsium asas. Mereka kemudian menggunakan ubat yang dipanggil bicuculline untuk merangsang neuron dan memerhatikan peningkatan ketara dalam aktiviti isyarat kalsium astrocytes. Oleh kerana bicuculline hanya menjejaskan neuron, ini menunjukkan bahawa astrosit bertindak balas terhadap aktiviti neuron. Para penyelidik juga mendapati bahawa astrocytes jiran sering juga memaparkan aktiviti isyarat kalsium yang diselaraskan, menunjukkan bahawa komunikasi antara astrocytes difasilitasi oleh peningkatan aktiviti neuron.

Penyelidikan ini mengesahkan kerumitan fungsi isyarat astrosit dalam otak yang hidup dan menunjukkan bahawa astrosit memainkan lebih daripada peranan sokongan dalam fungsi otak. Ia juga mewujudkan sistem percubaan yang penting untuk saintis yang ingin memahami cara unsur-unsur berbeza otak ini—neuron dan astrocytes�kerja bersama. Walaupun penyelidikan ini menjelaskan bahawa isyarat wujud dalam kalangan astrosit dan antara neuron dan astrosit, saintis masih belum memahami kesan isyarat ini. Beberapa kemungkinan termasuk peraturan pembentukan sinaps, pengubahsuaian kekuatan sinaptik, atau peranan yang lebih rumit dalam pemprosesan maklumat hasil daripada penyelarasan aktiviti neuron. Penyelidikan masa depan menggunakan ini dan sistem lain akan membantu mendedahkan fungsi ini.


Penggunaan molekul astrocyte dan astrocyte sebagai sasaran terapeutik

Akibatnya, semua molekul neuroprotektif dan neurodeleterious yang diterangkan, serta faktor huluan dan hilirannya, mewakili sasaran terapeutik yang berpotensi (Rajah 3 dan Jadual 1). Walau bagaimanapun, kedua-dua astrosit dan molekul terbitan astrocyte hanya boleh bertindak sebagai sasaran untuk subtipe tertentu, kawasan kerosakan khusus dan peringkat TBI tertentu. Oleh itu, strategi terapeutik mesti memberi tumpuan kepada peningkatan kesan neuroprotektif dan penyumbatan kesan neurodeleterious faktor yang berbeza di bawah keadaan tertentu.

Sasaran terapeutik yang berpotensi mengenai molekul yang berasal dari astrocyte berikutan TBI. Berikutan TBI, sel yang rosak mengeluarkan isyarat bahaya. Dan rangkaian filamen perantaraan yang ditekankan dalam astrosit mengaktifkan kemasukan ion melalui saluran ion mekanosensitif, mengakibatkan pelepasan selanjutnya isyarat bahaya. Isyarat ini berfungsi untuk mengaktifkan neuroglia dan mendorong tindak balas imun steril yang teguh dan patogenesis TBI sekunder yang lain. Astrosit reaktif merembeskan pelbagai faktor yang mempengaruhi neurogenesis, sinaptogenesis dan kestabilan sinaptik, dan angiogenesis, yang mungkin mewakili sasaran terapeutik. Memodulasi persekitaran mikro maladaptif yang disebabkan oleh neuroinflammation, excitotoxicity dan tekanan oksidatif selepas TBI juga merupakan strategi terapeutik yang agak besar. ANG-1, angiopoietin-1 CCL, chemokine (motif CC) ligan CXCL, chemokine (motif CXC) ligan GFAP, protein berasid fibrillary glial HMGB1, protein kumpulan mobiliti tinggi B1 HSP, protein kejutan haba HSPGs, proteoglikan heparan sulfat IFN, interferon IGFBP -6, protein pengikat faktor pertumbuhan seperti insulin 6 IL, interleukin MMP, metalloprotein matriks PACAP, peptida pengaktifan siklase adenilat pituitari SHH, SPARC landak sonik, protein yang dirembeskan berasid dan kaya dengan sistein STAT3, transduser isyarat dan pengaktif transkripsi-3 TBI , kecederaan otak traumatik TGF-β, mengubah faktor pertumbuhan-β TNF, faktor nekrosis tumor TSP, trombospondin VEGF, faktor pertumbuhan endothelial vaskular

Selain menyasarkan molekul yang berasal dari astrocyte, merangsang fungsi reseptor berkaitan astrocyte juga menjanjikan pemulihan keplastikan neuron dan pembinaan semula. Beberapa molekul yang berasal dari astrocyte seperti S1P dan ET juga bertindak sebagai ligan reseptor astrocytic, dan ubat terapeutik yang berkemungkinan ditunjukkan dalam Jadual 1. Reseptor lain seperti reseptor seperti Tol [127], reseptor purinergic [227], reseptor glutamat [228], reseptor hormon [10, 229], dan reseptor cannabinoid [230] juga telah menarik perhatian yang meluas. Walaupun kami sebelum ini menyebut bahawa MK-801, salah satu antagonis reseptor glutamat, telah ditunjukkan untuk meningkatkan integriti sinaptik dan meningkatkan hasil kognitif dalam kajian eksperimen tetapi malangnya, ujian klinikal mengenai antagonis reseptor glutamat telah dijalankan secara meluas tetapi gagal memberikan faedah yang signifikan secara statistik untuk pesakit TBI [231]. Menurut Ikonomidou et al., kegagalan itu boleh dikaitkan dengan pengecilan penghantaran sinaptik, yang menghalang survival neuron [228].

Memodulasi persekitaran mikro maladaptif selepas TBI juga merupakan strategi terapeutik yang besar [140,141,142]. Sehubungan dengan itu, agen untuk mengurangkan excitotoxicity glutamat dengan meningkatkan pengangkut glutamat seperti parawexin 1 dan antibiotik β-laktam tertentu boleh memberi manfaat terapeutik [232, 233]. Mediator terapeutik berpotensi lain termasuk agen untuk memulihkan keseimbangan ionik dan air dengan menyasarkan pengangkut Na + /H +, Na + /K + /2Cl − kotransporter, atau penukar Na + /Ca2 + seperti ubat fluorenyl [234, 235] dan agen yang menggalakkan kelangsungan hidup dan fungsi neuron seperti neurotropin rekombinan atau peptidomimetik [9]. Ejen yang mengubah persekitaran lesi dengan memodulasi tindak balas keradangan seperti minocycline dan etanercept juga telah dicadangkan sebagai calon berpotensi untuk neuroprotection [144, 171].

Kami sebelum ini telah mengkaji kemajuan rawatan sel stem untuk TBI, yang belum mencapai kejayaan umum dalam aplikasi klinik [86]. Memandangkan peranan penting faktor yang dirahsiakan astrocyte dalam neurogenesis dan pembezaan saraf, gabungan rawatan sel stem dan fungsi astrocytic boleh membentangkan strategi terapeutik baru. Selain itu, RNA bukan pengekodan juga mempunyai potensi terapeutik kerana astrosit mengekspresikan pelbagai RNA bukan pengekodan, yang seterusnya mengawal fungsi astrocytic [236,237,238]. Dan garam hipertonik telah didapati untuk menimbulkan neuroprotection dengan mengawal selia ekspresi RNA bukan pengekodan [239].


Rujukan

Li, W., Li, K., Wei, W. & Ding, S. Pendekatan kimia untuk biologi sel stem dan terapeutik. Sel Stem Sel 13, 270–283 (2013).

Li, X., Xu, J. & Deng, H. Pemrograman semula nasib selular yang disebabkan oleh molekul kecil: jalan yang menjanjikan menuju ke Rom. Curr. Pendapat. Genet. Dev. 52, 29–35 (2018).

Cao, S. et al. Dinamik kebolehcapaian kromatin semasa induksi kimia pluripotensi. Sel Stem Sel 22, 529–542 (2018).

Fu, H. et al. Dinamik peremajaan telomere semasa induksi kimia kepada sel stem pluripoten. Rep. Sel Stem. 11, 70–87 (2018).

Hou, P. et al. Sel stem pluripoten diinduksi daripada sel somatik tikus oleh sebatian molekul kecil. Sains 341, 651–654 (2013).

Zhao, T. et al. RNA-Seq sel tunggal mendedahkan program seperti embrionik awal yang dinamik semasa pengaturcaraan semula kimia. Sel Stem Sel 23, 31–45 (2018).

Zhao, Y. et al. Keadaan seperti XEN merapatkan sel somatik kepada pluripotensi semasa pengaturcaraan semula kimia. sel 163, 1678–1691 (2015).

Cao, N. et al. Penukaran fibroblas manusia kepada kardiomiosit berfungsi oleh molekul kecil. Sains 352, 1216–1220 (2016).

Fu, Y. et al. Pemrograman semula terus fibroblas tetikus ke dalam kardiomiosit dengan koktel kimia. Sel Re. 25, 1013–1024 (2015).

Hu, W. et al. Penukaran terus fibroblas manusia normal dan penyakit Alzheimer kepada sel neuron oleh molekul kecil. Sel Stem Sel 17, 204–212 (2015).

Li, X. et al. Pengaturcaraan semula terus fibroblas melalui keadaan seperti XEN yang disebabkan oleh kimia. Sel Stem Sel 21, 264–273 (2017).

Li, X. et al. Pemrograman semula langsung fibroblas tetikus yang didorong oleh molekul kecil ke dalam neuron berfungsi. Sel Stem Sel 17, 195–203 (2015).

Zhang, L. et al. Molekul kecil memprogram semula sel astroglial manusia dengan cekap ke dalam neuron berfungsi. Sel Stem Sel 17, 735–747 (2015).

Xu, J., Du, Y. & Deng, H. Pengaturcaraan semula keturunan langsung: strategi, mekanisme dan aplikasi. Sel Stem Sel 16, 119–134 (2015).

Xu, Y., Shi, Y. & Ding, S. Pendekatan kimia kepada biologi sel stem dan perubatan regeneratif. alam semula jadi 453, 338 (2008).

Guo, Z. et al. Pemrograman semula secara langsung dalam vivo sel glial reaktif ke dalam neuron berfungsi selepas kecederaan otak dan dalam model penyakit Alzheimer. Sel Stem Sel 14, 188–202 (2014).

Niu, W. et al. Pemrograman semula in vivo astrosit kepada neuroblas dalam otak dewasa. Nat. Biol Sel. 15, 1164–1175 (2013).

Rivetti di Val Cervo, P. et al. Induksi neuron dopamin berfungsi daripada astrosit manusia secara in vitro dan astrosit tikus dalam model penyakit Parkinson. Nat. Bioteknol. 35, 444–452 (2017).

Shi, Z. et al. Penukaran fibroblas kepada neuron parvalbumin oleh satu faktor transkripsi, Ascl1, dan sebatian kimia forskolin. J. Biol. Kimia. 291, 13560–13570 (2016).

Torper, O. et al. Penjanaan neuron teraruh melalui penukaran langsung dalam vivo. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 110, 7038–7043 (2013).

Huang, C., Tu, W., Fu, Y., Wang, J. & Xie, X. Pengaturcaraan semula jantung akibat kimia dalam vivo. Sel Re. 28, 686–689 (2018).

Heinrich, C., Spagnoli, F. M. & Berninger, B. Pemrograman semula in vivo untuk pembaikan tisu. Nat. Biol Sel. 17, 204–211 (2015).

Srivastava, D. & DeWitt, N. Pengaturcaraan semula selular in vivo: generasi akan datang. sel 166, 1386–1396 (2016).

Kroon, E. et al. Endoderm pankreas yang diperoleh daripada sel stem embrio manusia menghasilkan sel-sel perembesan insulin yang responsif glukosa dalam vivo. Nat. Bioteknol. 26, 443–452 (2008).

Liddelow, S. A. & Barres, B. A. Astrosit reaktif: pengeluaran, fungsi dan potensi terapeutik. Kekebalan 46, 957–967 (2017).

Wanner, I. B. et al. Sempadan parut glial dibentuk oleh astrosit memanjang yang baru membiak yang berinteraksi dengan sel radang dan fibrotik koral melalui mekanisme yang bergantung kepada STAT3 selepas kecederaan saraf tunjang. J. Neurosci. 33, 12870–12886 (2013).

Gregorian, C. et al. Penghapusan pten dalam sel stem/progenitor neural dewasa meningkatkan neurogenesis konstitutif. J. Neurosci. 29, 1874–1886 (2009).

Cahoy, J. D. et al. Pangkalan data transkrip untuk astrocytes, neuron dan oligodendrocytes: sumber baharu untuk memahami perkembangan dan fungsi otak. J. Neurosci. 28, 264–278 (2008).

Tien, A.-C. et al. Proliferasi sel prekursor astrocyte temporal-spatial yang dikawal melibatkan isyarat BRAF dalam saraf tunjang mamalia. Pembangunan 139, 2477–2487 (2012).

Wang, Y. et al. Litar kolinergik septum-hippocampus langsung melemahkan sawan melalui perencatan somatostatin memandu. biol. Psikiatri 87, 843–856 (2020).

Li, T., Bai, L., Li, J., Igarashi, S. & amp Ghishan, F. K. Sp1 diperlukan untuk peraturan transkrip yang disebabkan oleh glukosa bagi gen pengangkut glutamat vesikular tikus 2. Gastroenterologi 134, 1994–2003 (2008).

Wickersham, I. R. et al. Sekatan monosinaptik pengesanan transsynaptic daripada neuron tunggal yang disasarkan secara genetik. Neuron 53, 639–647 (2007).

Callaway, E. M. Pengesanan litar transneuronal dengan virus neurotropik. Curr. Pendapat. Neurobiol. 18, 617–623 (2008).

Tsiang, H., Koulakoff, A., Bizzini, B. & Berwald-Netter, Y. Neurotropisme virus rabies. Kajian in vitro. J. Neuropatol. Exp. Neurol. 42, 439–452 (1983).

Kreitzer, A. C. Fisiologi dan farmakologi neuron striatal. Annu Rev. Neurosci. 32, 127–147 (2009).

Lodato, S. & Arlotta, P. Menjana kepelbagaian neuron dalam korteks serebrum mamalia. Annu. Pembangun Sel Rev. biol. 31, 699–720 (2015).

Grande, A. et al. Kesan alam sekitar pada pengaturcaraan semula neuron langsung dalam vivo dalam otak dewasa. Nat. Commun. 4, 2373 (2013).

Hu, X. et al. Astrosit yang menyekat wilayah mempamerkan kerentanan heterogen kepada pengaturcaraan semula neuron. Rep. Sel Stem. 12, 290–304 (2019).

Orive, G., Anitua, E., Pedraz, J. L. & Emerich, D. F. Biomaterial untuk menggalakkan perlindungan otak, pembaikan dan penjanaan semula. Nat. Rev. Neurosci. 10, 682–692 (2009).

Cheng, C. J., Tietjen, G. T., Saucier-Sawyer, J. K. & Saltzman, W. M. Pendekatan holistik untuk menyasarkan penyakit dengan nanopartikel polimer. Nat. Rev. Drug Discov. 14, 239–247 (2015).

Mitragotri, S., Burke, P. A. & amp Langer, R. Mengatasi cabaran dalam mentadbir biofarmaseutikal: perumusan dan strategi penyampaian. Nat. Rev. Drug Discov. 13, 655–672 (2014).

Cai, Y. et al. Penghapusan sel senescent oleh prodrug yang disasarkan β-galactosidase melemahkan keradangan dan memulihkan fungsi fizikal pada tikus tua. Sel Re. 30, 574–589 (2020).


Astrosit memproses maklumat sinaptik

Astrocytes secara klasik dianggap sebagai sel sokongan mudah untuk neuron tanpa peranan penting dalam pemprosesan maklumat oleh sistem saraf. Walau bagaimanapun, sejumlah besar bukti yang diperoleh oleh beberapa kumpulan pada tahun-tahun lalu menunjukkan kewujudan komunikasi dua arah antara astrosit dan neuron, yang mendorong pemeriksaan semula peranan astrosit dalam fisiologi sistem saraf. Walaupun neuron mendasarkan keceriaan mereka pada isyarat elektrik yang dijana merentasi membran, astrocytes mendasarkan keceriaan selular mereka pada variasi kepekatan Ca 2+ dalam sitosol. Artikel ini membincangkan pengetahuan semasa kami tentang sifat isyarat astrocyte Ca 2+ yang ditimbulkan secara sinaptik, yang mendedahkan bahawa astrosit memaparkan sifat integratif untuk pemprosesan maklumat sinaptik. Astrocytes bertindak balas secara selektif kepada laluan akson yang berbeza, mendiskriminasi antara aktiviti sinaps yang berbeza dan isyarat Ca 2+ mereka tidak dimodulasi secara linear oleh aktiviti serentak input sinaptik yang berbeza. Tambahan pula, modulasi isyarat Ca 2+ ini bergantung pada sifat intrinsik selular astrocyte dan dikawal secara dua arah oleh tahap aktiviti sinaptik. Akhirnya, ketinggian astrocyte Ca 2+ boleh mencetuskan pembebasan gliotransmitter, yang memodulasi aktiviti neuron serta penghantaran sinaptik dan keplastikan, dengan itu memberikan komunikasi dua arah dengan neuron. Akibatnya, astrosit boleh dianggap sebagai unsur selular yang terlibat dalam pemprosesan maklumat oleh sistem saraf.


Adakah astrosit bersambung dan berkomunikasi secara kimia dengan astrosit lain? - Biologi

Microglia adalah sel imun yang menetap di otak, yang berasal dari keturunan sel yang berbeza kepada semua sel lain di otak. Mereka adalah sel yang sangat motil, sentiasa meronda parenkim otak.

Astrocytes adalah komponen sel terbesar otak dan berkembang daripada nenek moyang yang sama bersama-sama dengan neuron dan oligodendrocytes. Mereka jubin seluruh otak dan tidak berhijrah semasa fisiologi normal. Kedua-dua jenis sel ini penting untuk perkembangan otak mamalia normal dan bertindak balas dengan cepat kepada penyakit, jangkitan, dan trauma.

Mikroglia dan astrocytes berinteraksi melalui faktor yang bergantung kepada sentuhan dan dirembes untuk memodulasi fungsi mereka semasa kesihatan normal dan dalam penyakit. Microglia boleh memacu kereaktifan dalam astrocytes melalui pembebasan sitokin tertentu, manakala astrocytes boleh memacu disfungsi dalam mikroglia dengan menahan kolesterol.

Banyak alat wujud untuk memanipulasi kedua-dua mikroglia dan astrosit, namun, penyingkiran lengkap astrosit pada masa ini adalah mustahil kerana ini mengakibatkan kematian.

scRNASeq experiments must be both adequately powered and take into account possible artifacts as a result of subsampling when disseminating results. Ideally, cluster-specific differentially expressed genes should be validated using visualization methods (in situ hybridization or spatial transcriptomic approaches) and functional assays.

Caution should be taken in the nomenclature of different ‘activation’ states of both microglia and astrocytes. While no method is perfect, the field needs to clearly state what constitutes a subset of cells: biologically relevant and functionally characterized descriptions will be the most beneficial.

Microglia–astrocyte interactions represent a delicate balance affecting neural cell functions in health and disease. Tightly controlled to maintain homeostasis during physiological conditions, rapid and prolonged departures during disease, infection, and following trauma drive multiple outcomes: both beneficial and detrimental. Recent sequencing studies at the bulk and single-cell level in humans and rodents provide new insight into microglia–astrocyte communication in homeostasis and disease. However, the complex changing ways these two cell types functionally interact has been a barrier to understanding disease initiation, progression, and disease mechanisms. Single cell sequencing is providing new insights however, many questions remain. Here, we discuss how to bridge transcriptional states to specific functions so we can develop therapies to mediate negative effects of altered microglia–astrocyte interactions.


Kandungan

Astrocytes are a sub-type of glial cells in the central nervous system. Mereka juga dikenali sebagai astrocytic glial cells. Star-shaped, their many processes envelop synapses made by neurons. In humans, a single astrocyte cell can interact with up to 2 million synapses at a time. [9] Astrocytes are classically identified using histological analysis many of these cells express the intermediate filament glial fibrillary acidic protein (GFAP). [10] Several forms of astrocytes exist in the central nervous system including berserabut (in white matter), protoplasmic (in grey matter), and jejari. The fibrous glia are usually located within white matter, have relatively few organelles, and exhibit long unbranched cellular processes. This type often has astrocytic endfoot processes that physically connect the cells to the outside of capillary walls when they are in proximity to them. The protoplasmic glia are the most prevalent and are found in grey matter tissue, possess a larger quantity of organelles, and exhibit short and highly branched tertiary processes. The radial glial cells are disposed in planes perpendicular to the axes of ventricles. One of their processes abuts the pia mater, while the other is deeply buried in gray matter. Radial glia are mostly present during development, playing a role in neuron migration. Müller cells of the retina and Bergmann glia cells of the cerebellar cortex represent an exception, being present still during adulthood. When in proximity to the pia mater, all three forms of astrocytes send out processes to form the pia-glial membrane.

Development Edit

Astrocytes are macroglial cells in the central nervous system. Astrocytes are derived from heterogeneous populations of progenitor cells in the neuroepithelium of the developing central nervous system. There is remarkable similarity between the well known genetic mechanisms that specify the lineage of diverse neuron subtypes and that of macroglial cells. [11] Just as with neuronal cell specification, canonical signaling factors like sonic hedgehog (SHH), fibroblast growth factor (FGFs), WNTs and bone morphogenetic proteins (BMPs), provide positional information to developing macroglial cells through morphogen gradients along the dorsal–ventral, anterior–posterior and medial–lateral axes. The resultant patterning along the neuraxis leads to segmentation of the neuroepithelium into progenitor domains (p0, p1 p2, p3 and pMN) for distinct neuron types in the developing spinal cord. On the basis of several studies it is now believed that this model also applies to macroglial cell specification. Studies carried out by Hochstim and colleagues have demonstrated that three distinct populations of astrocytes arise from the p1, p2 and p3 domains. [12] These subtypes of astrocytes can be identified on the basis of their expression of different transcription factors (PAX6, NKX6.1) and cell surface markers (reelin and SLIT1). The three populations of astrocyte subtypes which have been identified are 1) dorsally located VA1 astrocytes, derived from p1 domain, express PAX6 and reelin 2) ventrally located VA3 astrocytes, derived from p3, express NKX6.1 and SLIT1 and 3) and intermediate white-matter located VA2 astrocyte, derived from the p2 domain, which express PAX6, NKX6.1, reelin and SLIT1. [13] After astrocyte specification has occurred in the developing CNS, it is believed that astrocyte precursors migrate to their final positions within the nervous system before the process of terminal differentiation occurs.

Astrocytes help form the physical structure of the brain, and are thought to play a number of active roles, including the secretion or absorption of neural transmitters and maintenance of the blood–brain barrier. [15] The concept of a tripartite synapse has been proposed, referring to the tight relationship occurring at synapses among a presynaptic element, a postsynaptic element and a glial element. [16]

  • berstruktur: They are involved in the physical structuring of the brain. Astrocytes get their name because they are "star-shaped". They are the most abundant glial cells in the brain that are closely associated with neuronal synapses. They regulate the transmission of electrical impulses within the brain.
  • Glycogen fuel reserve buffer: Astrocytes contain glycogen and are capable of gluconeogenesis. The astrocytes next to neurons in the frontal cortex and hippocampus store and release glucose. Thus, astrocytes can fuel neurons with glucose during periods of high rate of glucose consumption and glucose shortage. A recent research on rats suggests there may be a connection between this activity and physical exercise. [17]
  • Metabolic support: They provide neurons with nutrients such as lactate.
  • Glucose sensing: normally associated with neurons, the detection of interstitial glucose levels within the brain is also controlled by astrocytes. Astrocytes secara in vitro become activated by low glucose and are dalam vivo this activation increases gastric emptying to increase digestion. [18]
  • Blood–brain barrier: The astrocyte end-feet encircling endothelial cells were thought to aid in the maintenance of the blood–brain barrier, but recent research indicates that they do not play a substantial role instead, it is the tight junctions and basal lamina of the cerebral endothelial cells that play the most substantial role in maintaining the barrier. [19] However, it has recently been shown that astrocyte activity is linked to blood flow in the brain, and that this is what is actually being measured in fMRI. [20][21]
  • Transmitter uptake and release: Astrocytes express plasma membrane transporters such as glutamate transporters for several neurotransmitters, including glutamate, ATP, and GABA. More recently, astrocytes were shown to release glutamate or ATP in a vesicular, Ca 2+ -dependent manner. [22] (This has been disputed for hippocampal astrocytes.) [23]
  • Regulation of ion concentration in the extracellular space: Astrocytes express potassium channels at a high density. When neurons are active, they release potassium, increasing the local extracellular concentration. Because astrocytes are highly permeable to potassium, they rapidly clear the excess accumulation in the extracellular space. [24] If this function is interfered with, the extracellular concentration of potassium will rise, leading to neuronal depolarization by the Goldman equation. Abnormal accumulation of extracellular potassium is well known to result in epileptic neuronal activity. [25]
  • Modulation of synaptic transmission: In the supraoptic nucleus of the hypothalamus, rapid changes in astrocyte morphology have been shown to affect heterosynaptic transmission between neurons. [26] In the hippocampus, astrocytes suppress synaptic transmission by releasing ATP, which is hydrolyzed by ectonucleotidases to yield adenosine. Adenosine acts on neuronal adenosine receptors to inhibit synaptic transmission, thereby increasing the dynamic range available for LTP. [27]
  • Vasomodulation: Astrocytes may serve as intermediaries in neuronal regulation of blood flow. [28]
  • Promotion of the myelinating activity of oligodendrocytes: Electrical activity in neurons causes them to release ATP, which serves as an important stimulus for myelin to form. However, the ATP does not act directly on oligodendrocytes. Instead, it causes astrocytes to secrete cytokine leukemia inhibitory factor (LIF), a regulatory protein that promotes the myelinating activity of oligodendrocytes. This suggests that astrocytes have an executive-coordinating role in the brain. [29]
  • Nervous system repair: Upon injury to nerve cells within the central nervous system, astrocytes fill up the space to form a glial scar, and may contribute to neural repair. The role of astrocytes in CNS regeneration following injury is not well understood though. The glial scar has traditionally been described as an impermeable barrier to regeneration, thus implicating a negative role in axon regeneration. However, recently, it was found through genetic ablation studies that astrocytes are actually required for regeneration to occur. [30] More importantly, the authors found that the astrocyte scar is actually essential for stimulated axons (that axons that have been coaxed to grow via neurotrophic supplementation) to extend through the injured spinal cord. [30] Astrocytes that have been pushed into a reactive phenotype (termed astrogliosis, defined by upregulation of GFAP expression, a definition still under debate) may actually be toxic to neurons, releasing signals that can kill neurons. [31] Much work, however, remains to elucidate their role in nervous system injury.
  • Long-term potentiation: Scientists debate whether astrocytes integrate learning and memory in the hippocampus. Recently it has been shown that engrafting human glial progenitor cell in the nascent mice brains will cause the cells to differentiate into astrocytes. After differentiation these cells increase LTP and improve memory performance in the mice. [32]
  • Circadian clock: Astrocytes alone are sufficient to drive the molecular oscillations in the SCN and circadian behavior in mice, and thus can autonomously initiate and sustain complex mammalian behavior. [33]
  • The switch of the nervous system: Based on the evidence listed below, it has been recently conjectured in, [34] that macro glia (and astrocytes in particular) act both as a lossy neurotransmitter capacitor and as the logical switch of the nervous system. I.e., macroglia either block or enable the propagation of the stimulus along the nervous system, depending on their membrane state and the level of the stimulus.
Evidence supporting the switch and lossy capacitor role of glia as suggested in [34] [35]
Evidence type Penerangan Rujukan
Calcium evidence Calcium waves appear only if a certain concentration of neurotransmitter is exceeded [36] [37] [38]
Electrophysiological evidence A negative wave appears when the stimulus level crosses a certain threshold. The shape of the electrophysiological response is different and has the opposite polarity compared to the characteristic neural response, suggesting that cells other than neurons might be involved. [39] [40]

Astrocytes are linked by gap junctions, creating an electrically coupled (functional) syncytium. [44] Because of this ability of astrocytes to communicate with their neighbors, changes in the activity of one astrocyte can have repercussions on the activities of others that are quite distant from the original astrocyte.

An influx of Ca 2+ ions into astrocytes is the essential change that ultimately generates calcium waves. Because this influx is directly caused by an increase in blood flow to the brain, calcium waves are said to be a kind of hemodynamic response function. An increase in intracellular calcium concentration can propagate outwards through this functional syncytium. Mechanisms of calcium wave propagation include diffusion of calcium ions and IP3 through gap junctions and extracellular ATP signalling. [45] Calcium elevations are the primary known axis of activation in astrocytes, and are necessary and sufficient for some types of astrocytic glutamate release. [46] Given the importance of calcium signaling in astrocytes, tight regulatory mechanisms for the progression of the spatio-temporal calcium signaling have been developed. Via mathematical analysis it has been shown that localized inflow of Ca 2+ ions yields a localized raise in the cytosolic concentration of Ca 2+ ions. [47] Moreover, cytosolic Ca 2+ accumulation is independent of every intracellular calcium flux and depends on the Ca 2+ exchange across the membrane, cytosolic calcium diffusion, geometry of the cell, extracellular calcium perturbation, and initial concentrations. [47]

Tripartite synapse Edit

Within the dorsal horn of the spinal cord, activated astrocytes have the ability to respond to almost all neurotransmitters [48] and, upon activation, release a multitude of neuroactive molecules such as glutamate, ATP, nitric oxide (NO), and prostaglandins (PG), which in turn influences neuronal excitability. The close association between astrocytes and presynaptic and postsynaptic terminals as well as their ability to integrate synaptic activity and release neuromodulators has been termed the tripartite synapse. [16] Synaptic modulation by astrocytes takes place because of this three-part association.

Astrocytomas Edit

Astrocytomas are primary intracranial tumors that develop from astrocytes. It is also possible that glial progenitors or neural stem cells can give rise to astrocytomas. These tumors may occur in many parts of the brain and/or spinal cord. Astrocytomas are divided into two categories: low grade (I and II) and high grade (III and IV). Low grade tumors are more common in children, and high grade tumors are more common in adults. Malignant astrocytomas are more prevalent among men, contributing to worse survival. [49]

Pilocytic astrocytomas are grade I tumors. They are considered benign and slow growing tumors. Pilocytic astrocytomas frequently have cystic portions filled with fluid and a nodule, which is the solid portion. Most are located in the cerebellum. Therefore, most symptoms are related to balance or coordination difficulties. [49] They also occur more frequently in children and teens. [50]

Fibrillary astrocytomas are grade II tumors. They grow relatively slowly so are usually considered benign, but they infiltrate the surrounding healthy tissue and can become malignant. Fibrillary astrocytomas commonly occur in younger people, who often present with seizures. [50]

Anaplastic astrocytomas are grade III malignant tumors. They grow more rapidly than lower grade tumors. Anaplastic astrocytomas recur more frequently than lower grade tumors because their tendency to spread into surrounding tissue makes them difficult to completely remove surgically. [49]

Glioblastoma multiforme is a grade IV cancer that may originate from astrocytes or an existing astrocytoma. Approximately 50% of all brain tumors are glioblastomas. Glioblastomas can contain multiple glial cell types, including astrocytes and oligodendrocytes. Glioblastomas are generally considered to be the most invasive type of glial tumor, as they grow rapidly and spread to nearby tissue. Treatment may be complicated, because one tumor cell type may die off in response to a particular treatment while the other cell types may continue to multiply. [49]

Neurodevelopmental disorders Edit

Astrocytes have emerged as important participants in various neurodevelopmental disorders. This view states that astrocyte dysfunction may result in improper neural circuitry, which underlies certain psychiatric disorders such as autism spectrum disorders and schizophrenia. [51] [6]

Chronic pain Edit

Under normal conditions, pain conduction begins with some noxious signal followed by an action potential carried by nociceptive (pain sensing) afferent neurons, which elicit excitatory postsynaptic potentials (EPSP) in the dorsal horn of the spinal cord. That message is then relayed to the cerebral cortex, where we translate those EPSPs into "pain." Since the discovery of astrocyte-neuron signaling, our understanding of the conduction of pain has been dramatically complicated. Pain processing is no longer seen as a repetitive relay of signals from body to brain, but as a complex system that can be up- and down-regulated by a number of different factors. One factor at the forefront of recent research is in the pain-potentiating synapse located in the dorsal horn of the spinal cord and the role of astrocytes in encapsulating these synapses. Garrison and co-workers [52] were the first to suggest association when they found a correlation between astrocyte hypertrophy in the dorsal horn of the spinal cord and hypersensitivity to pain after peripheral nerve injury, typically considered an indicator of glial activation after injury. Astrocytes detect neuronal activity and can release chemical transmitters, which in turn control synaptic activity. [48] [53] [54] In the past, hyperalgesia was thought to be modulated by the release of substance P and excitatory amino acids (EAA), such as glutamate, from the presynaptic afferent nerve terminals in the spinal cord dorsal horn. Subsequent activation of AMPA (α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole propionic acid), NMDA (N-methyl-D-aspartate) and kainate subtypes of ionotropic glutamate receptors follows. It is the activation of these receptors that potentiates the pain signal up the spinal cord. This idea, although true, is an oversimplification of pain transduction. A litany of other neurotransmitter and neuromodulators, such as calcitonin gene-related peptide (CGRP), adenosine triphosphate (ATP), brain-derived neurotrophic factor (BDNF), somatostatin, vasoactive intestinal peptide (VIP), galanin, and vasopressin are all synthesized and released in response to noxious stimuli. In addition to each of these regulatory factors, several other interactions between pain-transmitting neurons and other neurons in the dorsal horn have added impact on pain pathways.

Two states of persistent pain Edit

After persistent peripheral tissue damage there is a release of several factors from the injured tissue as well as in the spinal dorsal horn. These factors increase the responsiveness of the dorsal horn pain-projection neurons to ensuing stimuli, termed "spinal sensitization," thus amplifying the pain impulse to the brain. Release of glutamate, substance P, and calcitonin gene-related peptide (CGRP) mediates NMDAR activation (originally silent because it is plugged by Mg2+), thus aiding in depolarization of the postsynaptic pain-transmitting neurons (PTN). In addition, activation of IP3 signaling and MAPKs (mitogen-activated protein kinases) such as ERK and JNK, bring about an increase in the synthesis of inflammatory factors that alter glutamate transporter function. ERK also further activates AMPARs and NMDARs in neurons. Nociception is further sensitized by the association of ATP and substance P with their respective receptors (P2X3) and neurokinin 1 receptor (NK1R), as well as activation of metabotropic glutamate receptors and release of BDNF. Persistent presence of glutamate in the synapse eventually results in dysregulation of GLT1 and GLAST, crucial transporters of glutamate into astrocytes. Ongoing excitation can also induce ERK and JNK activation, resulting in release of several inflammatory factors.

As noxious pain is sustained, spinal sensitization creates transcriptional changes in the neurons of the dorsal horn that lead to altered function for extended periods. Mobilization of Ca 2+ from internal stores results from persistent synaptic activity and leads to the release of glutamate, ATP, tumor necrosis factor-α (TNF-α), interleukin 1β (IL-1β), IL-6, nitric oxide (NO), and prostaglandin E2 (PGE2). Activated astrocytes are also a source of matrix metalloproteinase 2 (MMP2), which induces pro-IL-1β cleavage and sustains astrocyte activation. In this chronic signaling pathway, p38 is activated as a result of IL-1β signaling, and there is a presence of chemokines that trigger their receptors to become active. In response to nerve damage, heat shock proteins (HSP) are released and can bind to their respective TLRs, leading to further activation.

Other pathologies Edit

Other clinically significant pathologies involving astrocytes include astrogliosis and astrocytopathy. Examples of these include multiple sclerosis, anti-AQP4+ neuromyelitis optica, Rasmussen's encephalitis, Alexander disease, and amyotrophic lateral sclerosis. [55] Studies have shown that astrocytes may be implied in neurodegenerative diseases, such as Alzheimer's disease, [56] [57] Parkinson's disease, [58] Huntington's disease, Stuttering [59] and amyotrophic lateral sclerosis, [60] and in acute brain injuries, such as intracerebral hemorrhage [61] and traumatic brain injury. [62]

A study performed in November 2010 and published March 2011, was done by a team of scientists from the University of Rochester and University of Colorado School of Medicine. They did an experiment to attempt to repair trauma to the Central Nervous System of an adult rat by replacing the glial cells. When the glial cells were injected into the injury of the adult rat's spinal cord, astrocytes were generated by exposing human glial precursor cells to bone morphogenetic protein (bone morphogenetic protein is important because it is considered to create tissue architecture throughout the body). So, with the bone protein and human glial cells combined, they promoted significant recovery of conscious foot placement, axonal growth, and obvious increases in neuronal survival in the spinal cord laminae. On the other hand, human glial precursor cells and astrocytes generated from these cells by being in contact with ciliary neurotrophic factors, failed to promote neuronal survival and support of axonal growth at the spot of the injury. [63]

One study done in Shanghai had two types of hippocampal neuronal cultures: In one culture, the neuron was grown from a layer of astrocytes and the other culture was not in contact with any astrocytes, but they were instead fed a glial conditioned medium (GCM), which inhibits the rapid growth of cultured astrocytes in the brains of rats in most cases. In their results they were able to see that astrocytes had a direct role in Long-term potentiation with the mixed culture (which is the culture that was grown from a layer of astrocytes) but not in GCM cultures. [64]

Studies have shown that astrocytes play an important function in the regulation of neural stem cells. Research from the Schepens Eye Research Institute at Harvard shows the human brain to abound in neural stem cells, which are kept in a dormant state by chemical signals (ephrin-A2 and ephrin-A3) from the astrocytes. The astrocytes are able to activate the stem cells to transform into working neurons by dampening the release of ephrin-A2 and ephrin-A3. [65]

In a study published in a 2011 issue of Bioteknologi Alam Semula Jadi [66] a group of researchers from the University of Wisconsin reports that it has been able to direct embryonic and induced human stem cells to become astrocytes.

A 2012 study [67] of the effects of marijuana on short-term memories found that THC activates CB1 receptors of astrocytes which cause receptors for AMPA to be removed from the membranes of associated neurons.

There are several different ways to classify astrocytes.

Lineage and antigenic phenotype Edit

These have been established by classic work by Raff et al. in early 1980s on Rat optic nerves.


Tonton video: HUBUNGAN ILMU KIMIA DENGAN ILMU LAIN (Oktober 2022).