Gliacellen die synapsen eten, kunnen leren en geheugen verbeteren


0

[

Overzicht: Bergmann gliale cel synaptische overspoeling in het cerebellum werd versterkt tijdens motorisch leren bij muizen.

Bron: Tohoku-universiteit

Tohoku University-onderzoekers hebben aangetoond dat gliacellen van Bergmann, astrocytachtige cellen in het cerebellum, hun aangrenzende neuronale elementen ‘opeten’ in gezond levend hersenweefsel.

Synapsen – structuren waarmee neuronen signalen aan elkaar kunnen doorgeven – worden tijdens de ontwikkeling van een brein regelmatig gesnoeid om de efficiëntie te verbeteren. Verstoring hiervan zou leiden tot verschillende hersenaandoeningen.

De bevindingen van de onderzoekers, die werden gedetailleerd in het tijdschrift Natuur Neurowetenschap, ontdekte dat Bergmann gliale overspoeling van synapsen werd verbeterd tijdens motorisch leren in het cerebellum van muizen, een belangrijk hersengebied voor leren.

Bovendien remde farmacologische blokkering van deze verzwelging synaptische structurele veranderingen, waardoor een deel van het leer- en geheugenproces verloren ging.

Gliacellen, niet-neuronale cellen die ongeveer de helft van de hersenen bezetten, werden eerder als lijm beschouwd – ze vullen alleen de opening tussen neuronen. Recente bevindingen tonen echter aan dat glia informatie op hun eigen unieke manier codeert.

“Glia is natuurlijk geen andere subcategorie van neuronen”, zegt professor Ko Matsui van het Super-network Brain Physiology lab van Tohoku University, die het onderzoek leidde. “We moeten de gliale impact op de informatieverwerking nog ontdekken.”

Wanneer cellen naburige cellen overspoelen om puin en ziekteverwekkers weg te spoelen, wordt dit fagocytose genoemd. Fagocytose door microglia, immuuncellen in de hersenen, in beschadigd en ziek hersenweefsel is al lang bekend.

Recente rapporten hebben aangetoond dat astrocyten en microglia neuronale elementen fagocyteren, inclusief synapsen tijdens vroege hersenontwikkeling of wanneer dramatische hermodellering van neuronale netwerken plaatsvindt in de zieke hersenen.

Het opsporen van opgeslokte materialen is een uitdaging in gezonde hersenen, omdat de lysosomen in de glia de eiwitten snel degenereren.

Een 3D-gereconstrueerde synaptische structuur die gliale fagocytose vastlegt. A vertegenwoordigt een deel van een 3D-gereconstrueerde Purkinje-celdendriet (geel). Langs de dendriet worden meerdere stekels met een hoge dichtheid gevonden. In veel van de stekels werden afwijkende uitsteeksels gevonden (uitsteeksels van de ruggengraat zijn rood gekleurd). Deze uitsteeksels werden met een hoge frequentie waargenomen in weefsel dat na motorisch leren uit het cerebellum van de muis was genomen. De uitsteeksels werden overspoeld door Bergmann glia-processen. Beelden werden vastgelegd door gerichte ionenbundel scanning elektronenmicroscopie (FIB-SEM) en 3D gereconstrueerd met behulp van computersoftware. B toont een close-up van een presynaptische bouton (cyaan) en een postsynaptische wervelkolom (geel). Rood vertegenwoordigt het synaptische contactvlak van de pre- en postsynaptische specialisaties. Normale synaptische structuren worden weergegeven in semi-transparante kleuren. De synaptische structuren die worden opgeslokt door Bergmann glia-processen worden weergegeven in ondoorzichtige kleuren. Een deel van zowel pre- als postsynaptische structuren ondergaan fagocytose door Bergmann glia, wat resulteert in volumevermindering van de synaptische structuur. Fagocytose van de synaptische structuur door glia werd vaker gevonden in hersenweefsel dat werd afgenomen na motorisch leren. Krediet: Morizawa & Matsui

Matsui en zijn team wendden zich tot het degeneratie-resistente fluorescerende eiwit pHRed om dit probleem te verlichten. Met behulp van 3D-elektronenmicroscopie met hoge resolutie legden ze de Bergmann-glia vast die knabbelden aan synapsen en andere neuronale delen in de hersenen van volwassen gezonde muizen.

Bovendien was gliale fagocytose verbeterd in hersenweefsels die werden genomen na cerebellaire afhankelijke motorleertaken. Toen fagocytose farmacologisch werd geblokkeerd, ging een deel van het leren verloren.

“Onze bevinding biedt een nieuw gliamechanisme in synaptische plasticiteit die leren en geheugen met elkaar verbindt. Het is mogelijk dat de fagocytische capaciteit van glia variabel is onder bepaalde gemoedstoestanden en dat glia een cruciale rol kan spelen in de metaplasticiteit van geheugenvorming, “zei Matsui.

Hoofdonderzoeker dr. Yosuke Morizawa zegt dat hun ontdekkingen mogelijke implicaties kunnen hebben om te verklaren waarom synaptische krimp en verlies optreden bij depressie, schizofrenie en de ziekte van Alzheimer.

De volgende stap van het team is om te zien of gliale fagocytose van synapsen niet goed werkt in diermodellen van deze ziekten.

“Een therapeutische strategie die is ontworpen om gliale fagocytose aan te pakken, kan het geheugen verbeteren en bepaalde hersenaandoeningen behandelen”, voegde Matsui eraan toe.

Zie ook

Dit toont een lachende vrouw

Over dit geheugen- en leeronderzoeksnieuws

Auteur: Perskantoor
Bron: Tohoku-universiteit
Contact: Persvoorlichting – Tohoku University
Afbeelding: Het beeld wordt toegeschreven aan Morizawa & Matsui

Originele onderzoek: Gesloten toegang.
“Synaptische snoei door gliale synapsverzwelging tijdens motorisch leren” door Ko Matsui et al. Natuur Neurowetenschap


Abstract

Synaptische snoei door gliale synapsverzwelging tijdens motorisch leren

Synaptische snoei is een fundamenteel proces van verfijning van neuronale circuits bij leren en geheugen. Accumulerend bewijs suggereert dat glia deelneemt aan het beeldhouwen van de neuronale circuits door middel van overspoeling van synapsen.

Of gliale betrokkenheid bij synaptische snoei een rol speelt bij geheugenvorming, blijft echter ongrijpbaar.

Met behulp van nieuw ontwikkelde fagocytose-reportermuizen en driedimensionale ultrastructurele karakterisering, ontdekten we dat synaptische verzwelging door cerebellaire Bergmann glia (BG) vaak optrad bij cerebellum-afhankelijk motorleren bij muizen.

We observeerden een toename van pre- en postsynaptisch knabbelen door BG samen met een afname van het ruggengraatvolume na het leren. Farmacologische blokkade van verzwelging met annexine V remde zowel de vermindering van het ruggengraatvolume als de nachtelijke verbetering van motorische aanpassing.

Deze resultaten geven aan dat BG bijdraagt ​​aan de verfijning van het volwassen cerebellaire corticale circuit door synaptische verzwelging tijdens motorisch leren.


Like it? Share with your friends!

0
admin

0 Comments

Your email address will not be published.