По словам исследователей, полученные данные могут предложить ученым новую цель для разработки лекарств от ожирения и других расстройств, связанных с аппетитом. Это исследование также является последним за последние годы, в котором глиальные клетки участвуют в важных функциях мозга. Примерно 10 лет назад считалось, что глиальные клетки играют в большей степени вспомогательную роль для нейронов.«В последние несколько лет аномальная активность глиальных клеток в значительной степени связана с нейродегенеративными расстройствами.
Все больше и больше доказательств указывают на важность глиальных клеток в модулировании нейрональной функции и в опосредовании расстройств мозга», — говорит Гопин Фэн, Джеймс W. и Патрисия Пойтрас, профессор нейробиологии. Фэн также является членом Института исследований мозга Макговерна Массачусетского технологического института и Центра психиатрических исследований Стэнли при Институте Броуда.Фэн — один из ведущих авторов исследования, которое опубликовано 18 октября в журнале eLife. Другой старший автор — Вейпин Хан, руководитель лаборатории метаболической медицины Сингапурского консорциума по биоимиджингу в Сингапуре.
Найян Чен, постдок из Сингапурского консорциума биоимиджинга и Института Макговерна, является ведущим автором.Включение аппетита
Давно известно, что гипоталамус, структура размером с миндаль, расположенная глубоко внутри мозга, контролирует аппетит, а также расход энергии, температуру тела и циркадные ритмы, включая циклы сна. Выполняя исследования глиальных клеток в других частях мозга, Чен заметил, что в гипоталамусе также наблюдается большая активность глиальных клеток.«В тот момент мне было очень любопытно, что глиальные клетки будут делать в гипоталамусе, поскольку было показано, что глиальные клетки в других областях мозга влияют на регуляцию функции нейронов», — говорит она.
В гипоталамусе ученые выделили две ключевые группы нейронов, регулирующих аппетит, известные как нейроны AgRP и нейроны POMC. Нейроны AgRP стимулируют питание, а нейроны POMC подавляют аппетит.
До недавнего времени было трудно изучить роль глиальных клеток в контроле аппетита или любой другой функции мозга, потому что ученые не разработали много методов для подавления или стимуляции этих клеток, как для нейронов. Глиальные клетки, составляющие примерно половину клеток головного мозга, выполняют множество вспомогательных функций, в том числе амортизируют нейроны и помогают им формировать связи друг с другом.В этом исследовании группа исследователей использовала новую технику, разработанную в Университете Северной Каролины, для изучения типа глиальных клеток, известных как астроциты.
Используя эту стратегию, исследователи могут сконструировать определенные клетки для производства поверхностного рецептора, который связывается с химическим соединением, известным как CNO, производным клозапина. Затем, когда вводится CNO, он активирует глиальные клетки.Команда Массачусетского технологического института обнаружила, что включение активности астроцитов всего одной дозой CNO оказало значительное влияние на пищевое поведение.
«Когда мы дали соединение, которое специально активировало рецепторы, мы увидели значительное увеличение количества кормлений», — говорит Чен. «Мыши, как известно, не едят много в дневное время, но когда мы давали этим животным лекарства, которые экспрессируют определенный рецептор, они ели много».Исследователи также обнаружили, что в краткосрочной перспективе (три дня) мыши не набирали лишний вес, хотя и ели больше.«Это повышает вероятность того, что глиальные клетки могут также модулировать нейроны, которые контролируют расход энергии, чтобы компенсировать повышенное потребление пищи», — говорит Чен. «Они могут иметь несколько нейронных партнеров и одновременно модулировать несколько функций энергетического гомеостаза».Когда исследователи заглушили активность астроцитов, они обнаружили, что мыши ели меньше, чем обычно.
Неизвестные взаимодействияДо сих пор неизвестно, как астроциты влияют на нейроны. Некоторые недавние исследования показали, что глиальные клетки могут секретировать химические посредники, такие как глутамат и АТФ; в таком случае эти «глиотрансмиттеры» могут влиять на активность нейронов.Другая гипотеза состоит в том, что вместо того, чтобы секретировать химические вещества, астроциты проявляют свои эффекты, контролируя поглощение нейротрансмиттеров из пространства, окружающего нейроны, тем самым косвенно влияя на активность нейронов.
Теперь Фэн планирует разработать новые исследовательские инструменты, которые могут помочь ученым больше узнать о взаимодействиях астроцитов и нейронов и о том, как астроциты способствуют модуляции аппетита и питания. Он также надеется узнать больше о том, существуют ли разные типы астроцитов, которые могут по-разному влиять на пищевое поведение, особенно ненормальное поведение.
«Мы действительно очень мало знаем о том, как астроциты влияют на изменение аппетита, еды и обмена веществ», — говорит он. «В будущем анализ этих функциональных различий будет иметь решающее значение для нашего понимания этих расстройств».