Как клетки-«звёзды» отвечают за дыхание?

10.02.2018

Глия ещё раз доказала, что она выполняет гораздо более важные функции, нежели просто «прислуживает» нейронам. Исследователи из NIH только «отключали» астроциты – один из её видов (звёздчатые клетки), и лабораторные животные начинали дышать реже и гораздо быстрее уставали от физических нагрузок. Это – лишь два примера из множества уже накопившихся в научной литературе. Речь о наблюдаемом феномене идёт в статье, опубликованной в Nature Communications.

Астроциты (красные). Сredit: Jeffrey C. Smith lab, NIH/NINDS

Многие десятилетия учёные мужи считали, что  контроль над дыханием осуществляется исключительно нейронами. Но не тут то было. Оказалось, что регулировать  непосредственно его параметры помогают именно астроциты, которые во многом отвечают за ритм.

Это обнаружилось благодаря двум научным группам. Лаборатория одного из руководителей проекта, доктора Джеффри Смита (Jeffrey C. Smith) из NIH, исследовала то, как в комплексе preBötzinger (дыхательный центр) дыхание регулируется нейрональными всплесками активности. К ним присоединилась команда Александра Гьюрина (Alexander Gourine) из Университетского колледжа Лондона (UCL), которая обнаружила, что астроциты способны отслеживать изменения уровня углекислого газа в крови и, таким образом, влиять на работу нейронов. А астроциты – это, на секундочку, одни из самых многочисленных клеток глии в головном мозге.

Чтобы проверить свою гипотезу, исследователи решили с помощью генетических модификаций попробовать изменить работу астроцитов в комплексе preBötzinger. Они с помощью вирусных векторов запускали экспрессию легкой цепи токсина (TeLC) или белка dnSNARE, которые останавливали механизм экзоцитоза (выход веществ из клетки) и, соответственно, не давали выделяться нейромедиаторам, из-за чего астроцит лишался своего «влияния». Соответственно, в этом случае дыхание замедлялось. И усиливалось, если процесс экзоцитоза активизировался.

Они также проверили, как «заглушка» астроцитов влияла на приспособление животных к гипоксии (недостатку кислорода). Во время физической нагрузки частота их дыхания, вопреки норме, не повышалась, даже когда в крови отмечалось высокое содержание углекислого газа. При этом истощение во время бега наступало гораздо раньше, чем у нормальных животных, которые обычно могут пробежать без чувства усталости расстояние в два раза больше.

Выяснили учёные и то, что за вещество выступало главным «коммуникатором» в этой цепочке. Им оказался аденозинтрифосфат (АТФ), который астроциты использовали для «связи» с другими клетками. Исходя из этого, экзоцитоз блокировался – АТФ из клеток не выделялся – дыхание не учащалось.

На этом исследователи останавливаться не собираются и планируют изучить то, каким образом клетки глии контролируют другие дыхательные параметры.

Текст: Анна Хоружая

Astrocytes modulate brainstem respiratory rhythm-generating circuits and determine exercise capacity by Shahriar Sheikhbahaei, Egor A. Turovsky, Patrick S. Hosford, Anna Hadjihambi, Shefeeq M. Theparambil, Beihui Liu, Nephtali Marina, Anja G. Teschemacher, Sergey Kasparov, Jeffrey C. Smith & Alexander V. Gourine in Nature Communications, volume 9 (2018).

doi:10.1038/s41467-017-02723-6

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтакте и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram