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胞——神經元和星形膠質細胞——彼此密切合作。研究表明,在嗅覺或嗅覺、感知過程中神經元會發(fā)生大量變化,但星形膠質細胞的反應是什么以及它們如何促進感官體驗仍不清楚。
貝勒醫(yī)學院和合作機構的研究人員在《科學》雜志上報告了星形膠質細胞對嗅覺刺激的反應,揭示了維持星形膠質細胞-神經元通訊和處理嗅覺所需的新機制。
“先前的研究表明,在活體動物的自然條件下,大腦的嗅覺刺激首先激活神經元,這會改變這些神經元表達的基因,從而能夠調節(jié)嗅覺,”第一作者、博士后DebosmitaSardar博士說。BenjaminDeneen博士在貝勒的實驗室助理。“在這項研究中,我們調查了在嗅覺刺激期間神經活動后星形膠質細胞發(fā)生了什么,并發(fā)現了以前沒有描述過的變化。”
嗅覺刺激引發(fā)星形膠質細胞上血清素轉運蛋白Slc22a3的增加,從而介導血清素轉運到細胞中。“我們跟蹤星形膠質細胞內部的血清素,驚訝地發(fā)現它會進入細胞核,在那里它與組蛋白結合,組蛋白是附著在有助于調節(jié)星形膠質細胞基因表達的DNA上的蛋白質,”Sardar說。“與DNA結合的血清素充當開關,控制基因表達。”
有趣的是,5-羥色胺調節(jié)參與神經遞質GABA產生的星形膠質細胞基因的表達,然后反饋到神經元調節(jié)感官知覺的基礎神經回路。
“我們發(fā)現星形膠質細胞中丟失轉運蛋白Slc22a3會降低細胞中的血清素水平,并導致血清素結合DNA的改變,”Sardar說。“反過來,這減少了參與GABA合成的基因表達,減少了星形膠質細胞GABA的釋放,從而擾亂了嗅覺的神經回路。”
血清素以其對正常大腦功能的貢獻以及與成癮和抑郁癥有關而聞名。“在這里,我們發(fā)現了星形膠質細胞中5-羥色胺的新功能。5-羥色胺觸發(fā)星形膠質細胞基因表達模式的變化,將星形膠質細胞變成嗅覺處理的中心,”Sardar說。
“這個項目揭示了星形膠質細胞功能的新方面,”貝勒大學神經外科系教授兼RussellJ.博士和MarianK.Blattner教授以及癌癥神經科學中心主任Deneen說。他也是該作品的通訊作者。“我們了解到星形膠質細胞具有很強的可塑性,就像神經元一樣,這意味著星形膠質細胞可以根據環(huán)境刺激改變它們的特性和功能。它們傾聽神經元的聲音并做出反應,它們的雙向交流是感覺處理的核心最終,動物行為。”
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