"Isyarat kelaparan" dari hipotalamus melambatkan pembentukan neuron baru pada tikus • Alena Sukutovova • Berita sains mengenai "Elemen" • Neurobiologi, Biologi Perkembangan

“Isyarat kelaparan” dari hipotalamus melambatkan pembentukan neuron baru pada tikus

Rajah. 1. Struktur sistem penghantaran isyarat dari zarah ventrikular-subventricular ke mentol olfactory. Gambar dari artikel dibincangkan diSains

Neuron sistem pencium dibentuk oleh sel stem zarah ventrikelular-subventrikular otak dan, ketika mereka berkembang, bermigrasi ke mentol olfaki. Telah dijumpai bahawa sel-sel stem subtip tertentu boleh diaktifkan dan mereka boleh mencetuskan pembentukan neuron baru dengan isyarat yang dihantar sepanjang proses panjang sel yang terletak di hipotalamus. Aktiviti sel-sel hipotalamus ini bergantung kepada masa dari masa makan: lebih banyak masa selepas makan telah berlalu, semakin rendah aktiviti ini. Juga pada haiwan diberi makan lebih banyak neuron baru mentol pencium dibentuk daripada yang lapar.

Sel induk neuron (lihat sel induk neural) otak mamalia dewasa terletak di dua kawasan utama: dalam zarah subgranular gyrus dentate hippocampus, bahagian utama otak yang berkaitan dengan ingatan dan emosi, dan di zon ventrikel bawah ventrikel, V-SVZ (Rajah 2, lihat juga O. Gonzalez-Perez et al. (Eds.), 2014. Zon ventrikular-subventricular: sumber oligodendrocytes dalam otak dewasa). Zon ventrikular-subventrikular adalah lapisan sel nipis yang terletak di sepanjang ventrikel sisi otak, sel-sel ini boleh membahagikan sepanjang hayat.Dalam otak tikus orang dewasa, ini adalah jabatan terbesar dengan sel stem: dalam satu hari ia membentuk beribu-ribu neuron interkalari baru mentol pencium – bahagian otak pada permukaan bawah lobus depan yang menerima isyarat bau dari hidung (lihat V. Silva-Vargas et al., 2013 Sel-sel stem neural dewasa, duo yang dinamik semasa homeostasis, regenerasi, dan penuaan dan LC Fuentealba et al., 2012. Sel stem neural dewasa menjejaskan niche mereka). Sel induk neuronal zon ventrikelular-subventricular juga menimbulkan sel-sel neuroglia – astrocytes dan oligodendrocytes.

Rajah. 2 Lokasi zon ventrikelular-subventrikular (ditunjukkan dalam warna merah). Gambar dari Z. Chaker et al., 2016. Dunia teka-teki mosaik yang diungkap oleh heterogeneity sel induk saraf

Neuron interstitial mentol olfaki, dikemaskini sepanjang hayat, sangat berbeza. Mereka berbeza dalam fungsi, morfologi, dan ciri-ciri molekul: setiap subtipe tertanam di dalam lapisan mentol pencium tertentu dan berinteraksi dengan komponen tertentu sistem penciuman. Pada masa yang sama, ditunjukkan zon ventrikelular-subventricular mempunyai struktur mosaik dan terdiri daripada banyak subtipe sel stem neuron. Setiap subtipe ini diasingkan dari yang lain dan mempunyai ciri-ciri molekulnya sendiri.Heterogeneity adalah harta utama zon ventrikelular-subventricular dari mamalia dewasa dan berasal dari proses perkembangan embrio: wilayah yang berlainan dari V-SVZ dibentuk dari pelbagai bahagian sistem saraf embrionik.

Sel-sel stem neuron dari kawasan-kawasan yang berlainan menimbulkan subtipe sel-sel progenitor yang morfologi dan molekul yang berbeza-beza (lihat sel-sel Progenitor) neuron interkalari, yang disepadukan secara berbeza ke dalam sistem pencium dan berinteraksi dengan komponennya. Kita tahu bahawa ada subtipe sel-sel stem yang berbeza, subtipe-subtipe sel-sel progenitor yang berbeza dan subtipe yang berbeza dari neuron interkalari mentol pencium. Walaupun nasib sel-sel progenitor yang berbeza masih belum dikesan dengan jelas, adalah logik untuk mengandaikan bahawa sel-sel batang dari setiap subtype adalah pakar dalam pembentukan subtipe tertentu neuron (atau beberapa subtipe tertentu). Oleh itu, perubahan dalam aktiviti kawasan yang berlainan zon ventrikelular-subventrikular harus membawa kepada akibat yang tidak seimbang bagi sistem pencium dan, mungkin, untuk tingkah laku haiwan.

Sel-sel zon ventrikelular-subventricular sentiasa menghasilkan neuron baru, bagaimanapun, pada setiap saat yang singkat bkira-kirakebanyakan sel stem V-SVZ tidak aktif. Untuk sel stem, keadaan rehat bermakna ketiadaan bahagian. Bahagian tetap akan menyebabkan pengumpulan keabnormalan dalam DNA dari masa ke masa. Oleh itu, keadaan rehat memberi sel stem peluang untuk menunggu di sayap tanpa luka manakala yang lain bekerja. Seperti yang diperlukan, mereka boleh diaktifkan, iaitu, mereka boleh mula berkongsi di bawah pengaruh beberapa faktor luaran. Sesetengah daripada mereka diaktifkan untuk mengemas kini neuron interkalari mentol pencium, sesetengahnya selepas kecederaan dan terlibat dalam pemulihan otak.

Kedudukan zon ventrikelular-subventricular adalah sedemikian rupa sehingga beberapa selnya sentiasa bersentuhan dengan cecair serebrospinal ventrikel otak, dan yang lain dengan saluran darah. Disebabkan ini, sel stem mempunyai akses kepada isyarat sistem, iaitu, maklumat mengenai keadaan organisma secara keseluruhan. Berpotensi mereka dapat melihat perubahan hormon, jumlah produk metabolik, oksigen, dan lain-lain.dalam cecair darah dan cerebrospinal, langsung bertindak balas kepada perubahan tekanan dan suhu cecair ini.

Dengan usia, bilangan sel stem berkurang, aktiviti mereka berkurang, sel-sel yang lebih sedikit dibahagikan disebabkan penyebab sel-sel dalaman dan dalaman. Eksperimen di mana sistem peredaran tetikus muda dan tua telah disambungkan melalui satu sama lain menunjukkan bahawa walaupun perubahan yang berkaitan dengan usia dalam aktiviti sel di zon ventrikelular-subventricular bergantung kepada isyarat sistem (lihat L. Katsimpardi et al., 2014. Peremajaan Vaskular dan Neurogenik Penuaan Otak Muda oleh Faktor-faktor Sistemik Muda dan JM Ruckh et al., 2012. Peremajaan semula sistem saraf. Sebagai hasil daripada pengalaman, fungsi zon ventrikelular-subventricular tetikus tua "diremajakan", ia menjadi lebih seperti yang diperhatikan pada usia yang lebih muda.

Di samping itu, sesetengah sel dalam zon ini dapat mengawal aktiviti sel-sel lain di rantau yang sama atau yang lain. Walaupun unit serantau mempunyai asal usul embrio, isyarat luaran dari sel-sel sekitarnya, seperti neuroglia, dapat mengubah sel-sel untuk menghasilkan subtipe neuron yang tidak sesuai. Oleh itu, isyarat yang mampu memodulasi aktiviti sel stem neuron,datang dari jauh (dari cecair darah dan cerebrospinal, yang boleh membawa bahan dari hampir di mana saja di dalam badan), dan dari persekitaran yang terdekat.

Kebanyakan isyarat ini belum diketahui oleh kami, tetapi para penyelidik dari Amerika Syarikat dan Switzerland dapat menubuhkan dan mengesan hubungan antara keadaan tubuh dan aktivitas sel induk neuronal subtipe tertentu.

Sebagai permulaan, saintis telah menguji beberapa bahan – penggerak sel stem berpotensi – dari satu set khas Perpustakaan Mini Tocriscreen. Mereka mendapati bahawa beberapa molekul, termasuk β-endorphin, dapat mengaktifkan sel stem zon ventrikelular-subventricular. Semua sel yang diaktifkan oleh mereka tergolong dalam subjenis sel yang sama, berdasarkan ciri molekul mereka, dan terletak di bahagian bawah bahagian kajian. Tiada subtipe lain dari sel stem dan bukan batang dari zon ini memberi respons kepada kehadiran bahan tersebut. Ini bermakna bahawa kesan β-endorphin adalah khusus kepada sel-sel induk neuronal dari subjenis tertentu. Sebagai hasil pengaktifan oleh bahan ini, bilangan sel stem tidak berubah: bahagian mereka memimpin terutamanya kepada pembentukan barusel prekursor neuron interkalari mentol pencium.

Serat B-endorfin yang kaya dengan glial telah dikesan oleh analisis immunofluorescent dalam zarah ventrikelular-subventricular otak tikus, dan hanya di bahagian bawah zon bahagian bawah, di mana zat ini mempunyai kesan. Oleh itu, ia adalah untuk serat-serat ini bahawa isyarat mengaktifkan sel stem subtip tertentu. Tetapi di manakah isyarat ini berasal? Mayat-mayat sel-sel yang mana peregangan serat ini tidak dikesan dalam zon ventrikelular-subventricular.

Telah diketahui bahawa β-endorphin disembuhkan oleh beberapa sel hypothalamus. Badan ini mengawal rembesan hormon pituitari, dan juga mengawal banyak proses dalam badan, termasuk mengekalkan kesinambungan persekitaran dalaman badan. Para penyelidik memutuskan untuk memeriksa sama ada sel ini menghantar isyarat ke zon ventrikelular-subventricular. Untuk ini, mereka menggunakan virus yang berkaitan dengan adeno. Dengan sendirinya, ia tidak sangat patogenik, tetapi mampu menjangkiti sel-sel membahagikan dan mereka yang berada dalam keadaan rehat. Ia dimasukkan ke dalam DNA sel dan menyebabkan mereka menghasilkan bahan yang gennya telah ditambah kepada virus untuk tujuan penyelidikan.Dalam kes ini, ia adalah gen protein pendarfluor kuning. Protein ini merebak melalui sel yang dijangkiti dan noda semua bahagiannya, menjadikannya kelihatan kepada penyelidik. Para saintis mengamati sel-sel di kawasan hipotalamus yang sama dengan virus ini dan mendapati bahawa serat-serat di zarah ventrikelular-subventricular dikaji juga berwarna. Ini bermakna mereka berasal dari sel-sel yang dijangkiti hipotalamus.

Penyelidik menindas aktiviti rektum-sintesis β-endorphin hipotalamus pada salah satu sisinya (struktur hipotalamus dipasangkan dan terletak pada setiap separuh otak). Mereka sekali lagi mengambil kesempatan daripada virus yang berkaitan dengan adeno, tetapi kali ini ia mengandungi gen caspase-3 dan dalam keadaan tertentu menyebabkan gangguan dalam berfungsi sel yang dijangkiti dan kematian mereka. Selepas tujuh minggu, jumlah sel hipotalamik di kawasan yang berkaitan menurun sebanyak 66%.

Menggunakan pewarnaan bromodoksyuridin, yang mengungkap sel-sel membahagikan pada masa pewarnaan, penyelidik menganggarkan bahawa bilangan bahagian sel induk neuron di bahagian yang dikaji zon ventrikelular-subventrikular menurun sebanyak 61% berbanding dengan norma.Selain itu, pengurangan bilangan bahagian berlaku hanya di bahagian bawah bahagian bawah zon dan hanya pada sisi yang sama dengan sel-sel hipotalamus yang dijangkiti. Adalah penting bahawa jumlah sel stem tidak berubah, iaitu penurunan dalam bilangan bahagian tidak disebabkan oleh kematian sel stem, tetapi disebabkan kurangnya pengaktifan mereka.

Untuk mengesahkan hasilnya, penyelidik, sebaliknya, mengaktifkan neuron hipotalamus di satu pihak. Hakikatnya ialah dalam hipotalamus, tidak semua sel berfungsi secara serentak, ramai yang sedang berehat dan tidak menghantar apa-apa isyarat, termasuk tidak mensintesis β-endorphin. Mereka dijangkiti virus lain yang berkaitan dengan adeno yang mampu, seperti yang ditunjukkan oleh penyelidik lain (M.J. Krashes et al., 2011. Pengaktifan neuron AgRP yang cepat, dapat mengembalikan tingkah laku makan pada tikus), untuk mengaktifkan subtype sel yang dikehendaki. Selepas tiga minggu, seperti yang dijangkakan, bilangan sel aktif dalam hipotalamus meningkat, seperti juga bilangan sel stem aktif di bahagian bawah anterior bahagian ventrikel-subventricular yang bersebelahan. Jumlah keseluruhan sel stem tidak berubah. Ternyata proses sel-sel yang terletak di peregangan hipotalamus ke zon subventricular ventrikel dan menghantar isyarat kepadanya yang mampu mengaktifkan sel stem subtip tertentu (Rajah 1).

Sel-sel β-endorphin hipotalamus terlibat dalam peraturan kelakuan makan haiwan sebagai tindak balas kepada kelaparan atau kekurangannya (lihat LM Zeltser et al., 2012). Plastik neuronik yang menyatukan baki tenaga dan Y. Aponte et al., 2011. Neuron AGRP dengan cepat dan tanpa latihan). Aktiviti mereka bertambah dengan makanan dan berkurangan dari masa ke masa selepas makan terakhir. Para saintis telah menunjukkan bahawa dalam haiwan yang tidak makan selama 24 jam, aktiviti sel hypothalamus jenis ini dikurangkan sebanyak 56% berbanding dengan kawan baik. Pada masa yang sama, aktiviti sel stem yang dikaji dikurangkan sebanyak 68%, dan tidak ada perubahan di bahagian lain zon ventrikelular-subventricular (Rajah 3).

Rajah. 3 Kesan kelaparan pada aktiviti sel hypothalamus (peratusan sel-sel sintetik β-endorphin) dan aktiviti sel induk neuron (peratusan sel membahagi) bahagian-bahagian anterior di bahagian bawah dan anterior yang lebih rendah (dikaji) di zon ventrikel bawah ventrikel. Putih data mengenai haiwan yang sentiasa mempunyai akses kepada makanan ditandai; hitam – pada hari kelaparan, kelabu – maklumat mengenai hari kelaparan yang sebelum ini diberikan untuk makan. Imej dari bahan tambahan kepada artikel dibincangkan diSains

Bilangan sel aktif dalam hipotalamus dan membahagikan sel stem adalah normal untuk hari lapar dan kemudian diberi makan kepada haiwan yang diberi makan. Ini bermakna penurunan dalam aktiviti neuron dan sel-sel stem sistem ini semasa berpuasa untuk sementara waktu kembali normal selepas tepu. Kita boleh mengatakan bahawa penunjuk ini bergantung pada masa yang berlalu sejak saat makan: lebih banyak masa berlalu, semakin rendah mereka. Pengaktifan hipotalamus oleh virus yang berkaitan dengan adeno mengganggu pergantungan ini: bilangan sel aktif hipotalamus dan sel stem aktif kekal tinggi pada separuh otak yang dijangkiti, tanpa mengira tahap tepu haiwan.

Juga, kelaparan dan ketidakaktifan sel-sel hipotalamus dengan bantuan virus membawa kepada penurunan bilangan neuron interkalasi baru dalam mentol pencium. Dalam kes kedua, hanya dari sisi yang sama dengan inactivation itu dijalankan.

Oleh itu, adalah mungkin untuk mengetahui bahawa kadar pembentukan neuron baru sistem pencium bergantung kepada kenyang. Orang yang telah dimakan baru-baru ini, pembentukan neuron interkalari baru mentol pencium adalah lebih aktif daripada rakannya yang lapar.Peraturan ini berlaku melalui jabatan hipotalamus yang bertanggung jawab untuk tingkah laku makan, yang sel-selnya mengirim proses ke suatu bagian tertentu dari zona ventrikelular-subventricular dan dapat mengaktifkan sel-sel induk neuron, yang mencetuskan pembentukan neuron-neuron baru oleh mereka.

Sumber: Alex Paul, Zayna Chaker, Fiona Doetsch. Peraturan hipotalamik sel-sel induk saraf yang jelas dan neurogenesis // Kemajuan Sains. 2017. eaal3839. DOI: 10.1126 / science.aal3839.

Lihat juga:
1) Dengan usia, ikan kehilangan keupayaannya untuk membentuk beberapa jenis sel saraf, "Elements", 06/09/2017.
2) Urutan pembentukan sambungan neuron baru di otak tikus dewasa ditubuhkan, "Elements", 02.04.2013.

Alena Suhoputova


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: