Рисунок 1: Здоровые астроциты посылают отдельные сигналы через каждый процесс, в то время как астроциты при неврологических расстройствах посылают синхронные сигналы всей своей сети. © 2012 Кацухико Микошиба, Миса Аризоно и Хироко Баннаи, Институт исследований мозга RIKEN
Недавно было показано, что астроциты, которые ранее считались вспомогательными клетками для нейронов, сами посылают сигналы. Сигналы являются химическими, а не электрическими, и астроциты отправляют их в нейроны, сосудистые клетки и другие астроциты для повышения эффективности синаптической передачи сигналов. Команда под руководством Кацухико Микошиба и Хироко Баннаи из Института науки о мозге RIKEN, Вако, описала механизм, который позволяет астроцитам передавать сигналы каждой клетке в своей сети индивидуально.
Названные в честь своей звездообразной формы, астроциты имеют центральную «сому» и множество лучевых ветвей, соединяющихся с клетками, которые они регулируют. Здоровые астроциты посылают отдельные сигналы Ca2 + через каждый луч, называемый «процессом». Было известно, что передача сигналов регулируется рецептором в клеточной мембране, называемым метаботропным рецептором глутамата (mGluR5), но было неясно, как сигналы ограничиваются отдельными процессами. Понимание этой специфичности может быть терапевтически важным, потому что в мозге, пораженном болезнью Альцгеймера или эпилепсией, астроциты посылают глобальные сигналы, больше похожие на трансляцию через мегафон, чем на телефонные звонки, сделанные здоровыми астроцитами (рис. 1).
Чтобы понять, как регулируется передача сигналов астроцитов, исследователи пометили отдельные рецепторы mGluR5 квантовыми точками – полупроводниковыми нанокристаллами, излучающими свет при возбуждении, – затем наблюдали, как рецепторы мигрируют через жидкую мембрану. На видеозаписи выяснилось, что рецепторы не перешли от процесса к соме. В нормальных астроцитах селективный диффузионный барьер mGluR5 может за счет компартментализации передачи сигналов Ca2 + позволить каждому процессу независимо регулировать своих контактирующих партнеров.
Чтобы исследовать характер барьера, команда Микошибы попыталась его подорвать. Сверхэкспрессия mGluR5 преодолела барьер, который, как они предполагают, состоит из белков, которые взаимодействуют с цитозольной частью mGluR5. Каждый барьерный белок соединяется с одной молекулой mGluR5 и предотвращает ее проникновение в сому. Однако количество барьерных белков ограничено, а избыток mGluR5 оставляет некоторые рецепторы свободными для проникновения в сому, что позволяет распространять глобальные сигналы через все процессы в астроците.
Экспериментальные модели болезни Альцгеймера и эпилепсии показали повышенные концентрации mGlu5 в астроцитах. Исследователи полагают, что понимание молекулярной природы диффузионного барьера предоставит новые цели для лечения этих состояний. Как только они обнаружат молекулярную природу барьера, команда надеется получить трансгенную мышь без белка астроцитарного барьера. «Нам очень любопытно узнать влияние глобальной астроцитарной передачи сигналов Ca2 + на нейронную сеть и нервно-сосудистую связь», – говорит Микошиба.