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星形胶质细胞控制大脑的昼夜节律

支持大脑神经元的“守卫者”细胞在昼夜节律和动物行为中起着比以前想象的更为积极的作用。

星形胶质细胞是在大脑和脊髓中发现的星形神经细胞,被认为支持神经元调节昼夜节律-人体内部的24小时“时钟”。

但是,发表在《科学》杂志上的一项新研究揭示了细胞如何真正引领昼夜节律的节奏,并首次展示了星形胶质细胞如何能够控制哺乳动物的日常行为模式。

研究人员称,这些发现可能为新的生物钟节律治疗方法铺平道路,这可能导致时差和睡眠障碍,并导致一系列健康状况,从精神疾病到痴呆,糖尿病和癌症。

保持时间

昼夜节律因其在维持人类健康中的作用而闻名,尽管发现体内许多不同类型的细胞都有自己的内部时钟,但这些时钟的时间主要由视交叉上核(SCN)控制。下丘脑的大脑区域,作为调节日常行为的主时钟。

在由医学研究理事会(MRC)资助的最新研究中,位于剑桥的MRC分子生物学实验室(LMB)的研究人员使用显微镜成像技术观察了SCN星形胶质细胞和神经元的详细内部分子钟定时。

出乎意料的是,这表明尽管两种类型的细胞都有自己的生物钟,但它们受到不同的调节,并在一天中的不同时间活跃。发现这种微妙的相互作用对于保持整个SCN发条的运转至关重要。

在最初发现之后,科学家发现经过基因改造的小鼠沉默了其体内生物钟,显示其SCN功能和行为受到破坏,但出乎意料的是,发现仅星形胶质细胞中具有遗传功能的钟的恢复使小鼠能够调节其日常活动。

这意味着即使星形胶质细胞是动物体内​​唯一具有正常内部时钟的细胞,仍然可以观察到小鼠的日常行为模式。

当研究人员将这种行为模式与神经元时钟正常的小鼠进行比较时,他们发现SCN中受调节的活动时间短了大约一小时,这也被小鼠的行为所反映,表明星形胶质细胞能够控制动物行为取决于自己的特定细胞。

这项研究还表明,谷氨酸是大脑和中枢神经系统中的一种神经递质,是一种化学信号,用于将时间线索从SCN的星形胶质细胞传递到其无时钟的神经元伴侣。

令人惊讶的发现

“痴呆症研究的讲师,英国痴呆症研究院研究员,论文的第一作者,作者Marco Brancaccio博士说:“发现星形胶质细胞可以在整个动物中产生和传递昼夜节律定时信号方面与神经元一样有效。进行这项研究时,以前是在MRC的LMB上。

Brancaccio博士补充说:“我们从以前的研究中知道这些细胞在生物钟中起作用,但是我们不知道它们可以重新启动神经元的生物钟功能。这为生物钟的神经生物学增添了一个全新的,始料未及的维度。计时并为将来的研究提供了一些令人兴奋的途径以及开发治疗方法的潜力。”

MRC LMB神经生物学部负责人兼该论文的高级作者Michael Hastings博士补充说:“这是首次证明星形胶质细胞(实际上是我们以前仅被视为支持细胞的细胞)可以控制动物的行为。这是神经科学领域的重大进步。”

MRC神经科学和心理健康负责人Joanna Latimer博士说:“近年来,越来越明显的是,由于轮班,痴呆和其他神经系统疾病对人体内部时钟的干扰可能会对我们的健康产生危险影响和幸福。

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