Известно, что астроциты, субпопуляция глиальных клеток с характерной звездообразной формой, играют жизненно важную роль в многочисленных функциях нейронов, включая синаптическую поддержку, регуляцию энергетического обмена и контроль кровотока в мозге. Хотя во многих исследованиях изучались их функции и связанные с ними механизмы, их вклад в здоровое функционирование мозга еще предстоит полностью раскрыть.

Исследователи из Института неврологии CNR и Университета Падуи, Итальянского технологического института (IIT) и Политехнического университета Ле Марке в Италии недавно провели исследование, исследующее пока неуловимую роль астроцитов в так называемой вентральной тегментальной области (VTA), являющейся центром мезокортиколимбическая схема, которая играет фундаментальную роль в познании, передвижении, вознаграждении, мотивации и отвращении. Их результаты, опубликованные в журнале Nature Neuroscience, предполагают, что астроциты участвуют в синаптической регуляции дофаминовых нейронов VTA.

"Начиная с девяностых годов, наши исследования в первую очередь изучали роль астроцитарной кальциевой сигнализации в головном мозге", - сказал MedicalXpress Джорджио Карминьото, один из исследователей, проводивших исследование. "В нашем последнем исследовании мы исследовали, модулируют ли астроциты активность дофаминергических нейронов в вентральной тегментальной области (VTA). Исследование было вдохновлено нашей верой в то, что во всех цепях мозга — без исключения — астроциты и нейроны являются фундаментальными компонентами, которые посредством специфичной для синаптических цепей и взаимной передачи сигналов по-разному формируют активность мозговой сети.

"Наша статья является конечным продуктом интенсивного, длительного сотрудничества между четырьмя различными группами (.... одна группа, которая сочетает в себе различные навыки). Эцио Боссо (известный музыкальный руководитель, который совсем недавно скончался) написал: "Есть только один способ заниматься музыкой: вместе", и мы можем сделать это предложение своим, сказав: "Есть только один способ заниматься наукой: вместе"."

Ключевая идея, лежащая в основе исследования Карминьото и его коллег, заключается в том, что функционирование мозга зависит от сети высоко взаимодействующих нейронов и астроцитов. В своем недавнем исследовании они намеревались конкретно изучить роль астроцитов в схеме VTA, которая редко изучалась в предыдущей литературе.

Прошлые результаты показывают, что высвобождение дофамина и эндоканнабиноидов на уровне дофаминергических дендритов нейронов может воздействовать как на пресинаптические терминали, так и на постсинаптические нейроны, модулируя активность в VTA. Карминьото и его коллеги решили изучить возможность того, что эти ранее сообщенные нейронные сигналы также привлекают астроциты, которые, в свою очередь, модулируют синаптическую схему VTA.

Для этого они сначала провели серию электрофизиологических экспериментов, где записали активность пар дофаминергических нейронов в срезах ткани VTA мыши. Это позволило им определить, увеличилась ли возбуждающая синаптическая передача на один из дофаминовых нейронов в парах после того, как всплеск был произведен на другом нейроне.

"В экспериментах по визуализации мозга, проведенных на астроцитах, прилегающих к дофаминовому нейрону, вызывающему всплеск, мы затем изучили, реагируют ли астроциты повышением уровня кальция на всплеск, индуцированный в дофаминовом нейроне", - объяснила Марта Гомес-Гонсало, другой член исследовательской группы.

"В свете полученных нами результатов мы предполагаем, что астроциты активируются дофамином и эндоканнабиноидами. Действительно, в сотрудничестве с группой Фиоренцо Конти мы предоставляем доказательства того, что импульсные нейроны индуцируют повторяющееся повышение уровня кальция в близлежащих астроцитах посредством активации как дофаминовых рецепторов 2-го типа, так и эндоканнабиноидных рецепторов 1-го типа".

Затем Карминьото и его коллеги провели серию экспериментов с использованием электронного микроскопа, которые подтвердили, что рецепторы дофамина 2-го типа и эндоканнабиноидов 1-го типа совместно экспрессируются в астроцитах. Используя фармакологические и генетические методы, они также продемонстрировали, что активация этих двух рецепторов в астроцитах, вероятно, сопровождаемая высвобождением глутамата, играет ключевую роль в регуляции синаптической передачи на дофаминергические нейроны VTA.

Наконец, исследователи использовали хемогенетические инструменты для селективной активации астроцитов в VTA живых мышей и наблюдения за результирующей активностью в этом регионе. Их наблюдение показало, что астроциты регулируют импульсное возбуждение дофаминовых нейронов VTA и индуцируют гиперлокомоцию.

"Мы идентифицировали до сих пор неизвестный, зависящий от пола и возраста, опосредованный астроцитами механизм долгосрочного синаптического потенцирования возбуждающей передачи на дофаминергические нейроны VTA", - сказал Карминьото. "В соответствии с ключевой ролью, которую возбуждающая передача оказывает на возбуждающую активность дофаминергических нейронов VTA, в сотрудничестве с Аннализой Мунтони из Кальяри и Франческо Папалео из Генуи мы обнаружили, что активация астроцитов in vivo увеличивает импульсное возбуждение дофаминовых нейронов в VTA и вызывает локомоторную гиперактивность, поведение, которое известно быть связанным с повышенной активностью дофаминергических нейронов VTA.

"Это, на наш взгляд, важное наблюдение, поскольку импульсное срабатывание дофаминовых нейронов VTA является кодом, используемым дофаминовыми нейронами для регулирования высвобождения дофамина в нескольких целевых областях VTA, тем самым контролируя различные поведенческие состояния, включая вознаграждение и отвращение, обучение, мотивацию, внимание и двигательную активность".

В целом, недавняя работа этой группы исследователей выдвигает гипотезу о том, что взаимная связь между астроцитами и нейронами в VTA играет решающую роль в проявлении дофаминзависимого поведения. Известно, что такое поведение связано с многочисленными психическими расстройствами, включая обсессивно-компульсивное расстройство и наркотическую зависимость.

Таким образом, в будущем результаты, представленные Карминьото и его коллегами, могут помочь пролить больше света на механизмы, лежащие в основе этих состояний, а также на другие патологии, связанные с нарушением регуляции дофаминергической системы.

"В наших следующих исследованиях мы планируем выяснить, способствует ли нарушение регуляции взаимной связи дофаминергических нейронов и астроцитов в VTA развитию болезненных состояний, включая наркоманию, расстройства мотивации и психические расстройства с сильным моторным компонентом, такие как синдром дефицита внимания / гиперактивности", - Гомес-Добавил Гонсало.