El descubrimiento de una subpoblación de astrocitos especializados arroja luz sobre la salud del cerebro y las vías de tratamiento

En un estudio reciente publicado en Naturalezalos investigadores investigaron si la gliotransmisión glutamatérgica estaba mediada por astrocitos especializados en el sistema nervioso central.

El papel de los astrocitos en la función de los circuitos cerebrales, como la liberación rápida de glutamato, ha sido cuestionado debido a datos inconsistentes y falta de evidencia directa. Este mecanismo, similar al de las neuronas, controla la plasticidad, la excitabilidad y la actividad coordinada de las redes de tipo sináptico, pero también contribuye a las afecciones neuropsiquiátricas.

Sobre el estudio

En el presente estudio, los investigadores revisaron el concepto de exocitosis de glutamato de astrocitos considerando la heterogeneidad molecular de los astrocitos y utilizando metodologías bioinformáticas, de imágenes y moleculares, así como técnicas genéticas específicas de células que interactúan con la exocitosis de glutamina en el vivir ajustes.

Los investigadores realizaron un estudio para examinar el papel del glutamato en el cerebro y sus efectos sobre los astrocitos. Utilizaron bases de datos de secuenciación de ácido ribonucleico unicelular (scRNA-seq) e información de patch-seq para realizar imágenes de glutamato basadas en GluSnFR. en el sitio y vivir.

Se utilizó un clasificador de redes neuronales profundas para anotar los grupos, verificando la predicción correcta de los astrocitos comprobando la distribución de marcadores de astrocitos conocidos.

Se realizó una evaluación entre especies haciendo referencia a tres bases de datos de células del hipocampo. Se realizó un análisis de hibridación fluorescente in situ (FISH) para analizar cortes de hipocampo de células murinas adultas coinmunoteñidas con marcadores astrocíticos como GS y S100β.

Se obtuvieron imágenes de los astrocitos utilizando imágenes de excitación de dos fotones de la región molecular dorsal de la región del giro dentado (DGML), que se estima que comprende proporciones significativas de astrocitos liberadores de glutamato que realizan activamente funciones moduladoras sinápticas.

Para imitar la transmisión glial glutamatérgica basada en calcio estimulada por receptores acoplados a proteína G (Gq-GPCR), se coexpresó un receptor de tipo diseñador activado específicamente por fármacos de diseño (Gq-DREADD) en astrocitos y estimulación quimiogenética inducida por clozapina. se realizó.

Para limitar las posibles fuentes de liberación de glutamato de las células neuronales, se perfundieron cortes de hipocampo con mezclas de bloqueadores sinápticos que comprendían bloqueadores de los canales de calcio dependientes de voltaje y tetrodotoxina.

Los investigadores aplicaron N-óxido de clozapina (CNO) mediante breves inhalaciones localmente seguidas de la aplicación de L-glutamato como control. Para determinar si la liberación de astrocitos se producía mediante exocitosis, el equipo intentó impedir el llenado de vesículas con glutamato.

El equipo investigó el posible origen astrocítico de la liberación de glutamato mediante la introducción de acetilcolina (Ach), un estímulo fisiológicamente relevante para los astrocitos de la corteza visual, y evaluó su efecto sobre la frecuencia de eventos SF-iGluSnFR asincrónicos observados dentro de los astrocitos.

El equipo también evaluó el impacto de la eliminación del transportador vesicular de glutamato 1 de los astrocitos (VGLUT1) en el procesamiento de la memoria del hipocampo y la función alterada de los circuitos cortico-hipocampales, centrándose en las crisis epilépticas. Los investigadores midieron los niveles de dopamina en el cuerpo estriado dorsal (dST) de VGLUT2.^GFAP-KO ratones y VGLUT2^GFAP-WT controles por microdiálisis.

Resultados

Los investigadores descubrieron nueve grupos diferentes de astrocitos del hipocampo, con un subconjunto significativo que expresa maquinaria de liberación de glutamina de tipo sináptico y restringido a ubicaciones específicas del hipocampo.

También descubrieron un subgrupo de astrocitos coincidente que reaccionaba de manera confiable a estimulaciones específicas de astrocitos con una liberación de glutamato en menos de un segundo en áreas geográficamente específicas de mayor necesidad, que fue inhibida por la ablación de VGLUT1 dirigida a astrocitos.

El grupo de exocitosis sináptica de glutamato se encontró en todas las bases de datos del hipocampo murino, así como entre humanos.

Los cuatro genes neuronales vinculados a la exocitosis glutamatérgica en vesículas [(solute carrier family 17 member 7 (slc17a7), slc17a6, (coding for vglut2), synaptosomal-associated protein, 25kda (snap25), and synaptotagmin 1 (Syt1)] se expresaron fuertemente en neuronas glutamatérgicas, así como en células S100β/GS positivas del linaje GFAP con núcleos aislados, lo que confirma la exocitosis de glutamato sináptico astrocítico en la población celular.

Los hallazgos mostraron una subpoblación de células del hipocampo con características inmunohistoquímicas, transcripcionales y morfológicas de astrocitos que comprenden transcripciones críticas para la secreción mediada por glutamatérgico. La estimulación con Gq-DREADD provocó señales de calcio en los astrocitos; sin embargo, sólo unos pocos astrocitos tenían maquinaria adecuada para liberar glutamato.

Las respuestas de liberación de glutamato siempre tuvieron lugar en puntos críticos específicos de un astrocito, lo que proporciona evidencia funcional directa de la existencia de una población especializada de astrocitos glutamatérgicos predicha por estudios transcriptómicos. El equipo encontró una sólida correlación entre la identificación fisiológica y molecular de los astrocitos glutamatérgicos.

Los astrocitos glutamatérgicos ejercieron un control positivo dependiente de VGLUT1 sobre la potenciación a largo plazo evocada por explosión theta (ϴ-LTP) de las sinapsis de la vía perforante-células granulares (PP-GC) que residen dentro de su territorio. El equipo observó una función protectora de la señalización dependiente del astrocito VGLUT1 contra las convulsiones agudas inducidas por kainato in vivo, oponiéndose a los mecanismos que causan la amplificación de las convulsiones.

Se confirmó el papel predominante de VGLUT2 en el circuito de la sustancia negra pars compacta (SNpc) e indicó un papel inhibidor del astrocito VGLUT2 en el control de la entrada sináptica excitadora a las neuronas dopaminérgicas SNpc.

Los hallazgos respaldaron firmemente una función reguladora endógena de la señalización dependiente de VGLUT2 de los astrocitos en la configuración de la transmisión sináptica glutamatérgica en las neuronas dopaminérgicas nigrales mediante la activación de los receptores metabotrópicos de glutamato presinápticos del grupo III (mGluR).

Función de la vía dopaminérgica nigroestriatal regulada por señalización dependiente de astrocitos VGLUT2 vivirlo que representa una posible diana terapéutica para la enfermedad de Parkinson.

En general, los hallazgos del estudio resaltaron una subpoblación atípica de astrocitos especializados en el cerebro adulto, lo que proporciona información sobre sus funciones en la fisiología y las enfermedades del sistema nervioso central. Estos astrocitos tienen una firma molecular similar a las sinapsis glutamatérgicas, lo que define su distribución y competencia funcional. Los hallazgos resaltan la relevancia funcional de estos astrocitos, a pesar de su pequeño número, y su potencial como dianas terapéuticas.

La profesora Andrea Volterra, profesora honoraria de la UNIL y profesora visitante del Centro Wyss, codirectora del estudio, nos dijo:

A través de avances en técnicas moleculares, como la transcriptómica unicelular, hemos revelado una nueva complejidad dentro de las clasificaciones de las células cerebrales. Si bien tradicionalmente agrupamos las células en categorías como neuronas, astrocitos, microglía y oligodendrocitos, ahora sabemos que estos grupos contienen subpoblaciones con rasgos únicos.

Lo que es particularmente intrigante es que algunos astrocitos poseen maquinaria que normalmente se encuentra en las neuronas, no sólo en las sinapsis que liberan glutamato, sino también en proteínas que permiten que las vesículas se fusionen con la membrana plasmática, lo que permite la liberación de neurotransmisores. Esta combinación distintiva combina características astrocíticas con características neuronales presinápticas, especialmente aquellas asociadas con las neuronas glutaminérgicas.

Para evaluar su importancia, realizamos experimentos que implicaron la eliminación de una proteína crucial responsable de cargar vesículas con glutamato. Los resultados fueron claros: los astrocitos que carecían de esta proteína ya no podían liberar glutamato.

Nuestra investigación se extendió a la función del circuito, especialmente en el hipocampo, donde observamos una reducción en la potenciación a largo plazo, un mecanismo vital para la formación de la memoria. Los experimentos de comportamiento en ratones demostraron además que, si bien podían aprender, la recuperación de la memoria se convertía en un desafío cuando esta subpoblación específica de astrocitos se veía afectada.

En el contexto de la epilepsia, indujimos un modelo de convulsiones agudas y descubrimos que la ausencia de liberación de glutamato en estos astrocitos empeoraba las convulsiones. Esto sugiere que estas células desempeñan un papel protector en la prevención del inicio de ataques epilépticos, lo que subraya su importancia fisiológica.

Además, en el sistema nigroestriatal, responsable de controlar los movimientos y crucial en la enfermedad de Parkinson, hicimos un descubrimiento notable. Se descubrió que las neuronas dopaminérgicas estaban bajo la influencia de esta familia de astrocitos glutaminérgicos, lo que afectaba la regulación de la liberación de dopamina. Este hallazgo sugiere una función homeostática fisiológica que puede verse comprometida en la enfermedad de Parkinson.