為了享受清晨咖啡和新鮮出爐的餅干的香味，或者感知燃燒的警告氣味，大腦需要兩種類型的細(xì)胞——神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞——彼此密切合作。研究表明，在嗅覺或嗅覺、感知過(guò)程中神經(jīng)元會(huì)發(fā)生大量變化，但星形膠質(zhì)細(xì)胞的反應(yīng)是什么以及它們?nèi)绾未龠M(jìn)感官體驗(yàn)仍不清楚。
貝勒醫(yī)學(xué)院和合作機(jī)構(gòu)的研究人員在《科學(xué)》雜志上報(bào)告了星形膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)嗅覺刺激的反應(yīng)，揭示了維持星形膠質(zhì)細(xì)胞-神經(jīng)元通訊和處理嗅覺所需的新機(jī)制。
“先前的研究表明，在活體動(dòng)物的自然條件下，大腦的嗅覺刺激首先激活神經(jīng)元，這會(huì)改變這些神經(jīng)元表達(dá)的基因，從而能夠調(diào)節(jié)嗅覺，”第一作者、博士后DebosmitaSardar博士說(shuō)。BenjaminDeneen博士在貝勒的實(shí)驗(yàn)室助理。“在這項(xiàng)研究中，我們調(diào)查了在嗅覺刺激期間神經(jīng)活動(dòng)后星形膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)生了什么，并發(fā)現(xiàn)了以前沒有描述過(guò)的變化。”
嗅覺刺激引發(fā)星形膠質(zhì)細(xì)胞上血清素轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白Slc22a3的增加，從而介導(dǎo)血清素轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞中。“我們跟蹤星形膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)部的血清素，驚訝地發(fā)現(xiàn)它會(huì)進(jìn)入細(xì)胞核，在那里它與組蛋白結(jié)合，組蛋白是附著在有助于調(diào)節(jié)星形膠質(zhì)細(xì)胞基因表達(dá)的DNA上的蛋白質(zhì)，”Sardar說(shuō)。“與DNA結(jié)合的血清素充當(dāng)開關(guān)，控制基因表達(dá)。”
有趣的是，5-羥色胺調(diào)節(jié)參與神經(jīng)遞質(zhì)GABA產(chǎn)生的星形膠質(zhì)細(xì)胞基因的表達(dá)，然后反饋到神經(jīng)元調(diào)節(jié)感官知覺的基礎(chǔ)神經(jīng)回路。
“我們發(fā)現(xiàn)星形膠質(zhì)細(xì)胞中丟失轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白Slc22a3會(huì)降低細(xì)胞中的血清素水平，并導(dǎo)致血清素結(jié)合DNA的改變，”Sardar說(shuō)。“反過(guò)來(lái)，這減少了參與GABA合成的基因表達(dá)，減少了星形膠質(zhì)細(xì)胞GABA的釋放，從而擾亂了嗅覺的神經(jīng)回路。”
血清素以其對(duì)正常大腦功能的貢獻(xiàn)以及與成癮和抑郁癥有關(guān)而聞名。“在這里，我們發(fā)現(xiàn)了星形膠質(zhì)細(xì)胞中5-羥色胺的新功能。5-羥色胺觸發(fā)星形膠質(zhì)細(xì)胞基因表達(dá)模式的變化，將星形膠質(zhì)細(xì)胞變成嗅覺處理的中心，”Sardar說(shuō)。
“這個(gè)項(xiàng)目揭示了星形膠質(zhì)細(xì)胞功能的新方面，”貝勒大學(xué)神經(jīng)外科系教授兼RussellJ.博士和MarianK.Blattner教授以及癌癥神經(jīng)科學(xué)中心主任Deneen說(shuō)。他也是該作品的通訊作者。“我們了解到星形膠質(zhì)細(xì)胞具有很強(qiáng)的可塑性，就像神經(jīng)元一樣，這意味著星形膠質(zhì)細(xì)胞可以根據(jù)環(huán)境刺激改變它們的特性和功能。它們傾聽神經(jīng)元的聲音并做出反應(yīng)，它們的雙向交流是感覺處理的核心最終，動(dòng)物行為。”
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