Descoperirea unui nou tip de celulă în creier ar putea revoluţiona domeniul neuroştiinţelor. O echipă internaţională a descoperit un nou tip de celulă cerebrală „hibridă", care se ascunde printre neuroni şi unităţile lor de suport din creierul uman. În mod surprinzător, noul tip de celulă prezintă caracteristici ale ambelor structuri, permiţându-i să servească un rol activ în funcţiile neurologice şi, în acelaşi timp, să ofere asistenţă ţesuturilor nervoase din jurul său.
Domeniul neuroştiinţelor se află într-o mare agitaţie, după ce o echipă de cercetători elveţieni a descoperit că cele două mari familii de celule care alcătuiesc creierul, neuronii şi celulele gliale, ascund în secret o celulă hibridă, cu funcţii asemănătoare ambelor structuri.
De când există neuroştiinţa, cercetătorii ştiu că, în primul rând, creierul funcţionează datorită neuronilor şi capacităţii lor de a elabora rapid şi de a transmite informaţii prin reţelele pe care le formează.
Pentru a-i sprijini în această sarcină, celulele gliale îndeplinesc o serie de funcţii structurale, energetice şi imune, având rolul de a stabiliza constantele fiziologice.
Unele dintre aceste celule gliale, cunoscute sub numele de astrocite, înconjoară intim sinapsele, punctele de contact în care sunt eliberaţi neurotransmiţătorii pentru a transmite informaţii între neuroni.
Acesta este motivul pentru care neuroştiinţele au sugerat de multă vreme faptul că astrocitele ar putea avea un rol activ în transmiterea sinaptică şi că participă la procesarea informaţiilor.
Astrocitele sunt celule abundente în creier care se înfăşoară în jurul conexiunilor neuronale ca un „lipici".
Timp de mulţi ani, specialiştii în neuroştiinţe au presupus că aceste celule sunt în întregime pasive, prezente în creier doar pentru a proteja neuronii.
Însă descoperirile au revoluţionat domeniul atunci când au apărut dovezi că astrocitele pot contribui la „declanşarea" neuronală prin secreţia de glutamat, principalul neurotransmiţător din creier.
Dar, în timp ce studiile de laborator sugerează că astrocitele sunt capabile să elibereze şi să absoarbă glutamat, rolul lor într-un creier viu şi sănătos este încă în curs de investigare.
Cu toate acestea, studiile efectuate până în prezent pentru a demonstra acest lucru au oferit rezultate contradictorii şi nu au ajuns la un consens ştiinţific definitiv.
Explorând mai departe această ipoteză, cercetători de la diferite instituţii din Elveţia, au dat peste o celulă revoluţionară, hibridă, în creierul şoarecilor.
Prin identificarea acestui nou tip de celulă cu caracteristicile unui astrocit şi care exprimă maşinăria moleculară necesară pentru transmiterea sinaptică, cercetătorii în neuroştiinţe de la Departamentul de Neuroştiinţe de bază din cadrul facultăţii de biologie şi medicină a universităţii din Lausanne (UNIL) şi de la Centrul Wyss pentru Bio şi Neuroinginerie din Geneva speră să pună capăt anilor de controverse.
Cheia pentru a rezolva acest puzzle
Pentru a confirma sau infirma ipoteza conform căreia astrocitele, ca şi neuronii, sunt capabile să elibereze neurotransmiţători, cercetătorii au analizat mai întâi conţinutul molecular al astrocitelor folosind abordări moderne de biologie moleculară.
Scopul lor a fost de a găsi urme ale mecanismelor necesare pentru secreţia rapidă de glutamat, principalul neurotransmiţător utilizat de neuroni.
„Precizia permisă de abordările transcriptomice monocelulare ne-a permis să demonstrăm prezenţa în celulele cu profil astrocitar a transcriptelor proteinelor veziculare, VGLUT, însărcinate cu umplerea veziculelor neuronale specifice eliberării glutamatului", spune Ludovic Telley, profesor asistent la UNIL, unul dintre conducătorii studiului.
„Aceste transcripte au fost găsite în celulele de şoareci şi se pare că sunt păstrate în celulele umane", a completat el.
Potrivit acestuia, echipa a identificat, de asemenea, alte proteine specializate în aceste celule, care sunt esenţiale pentru funcţia veziculelor glutamatergice şi pentru capacitatea lor de a comunica rapid cu alte celule
Noi celule funcţionale
În continuare, cercetătorii au încercat să afle dacă aceste celule hibride sunt funcţionale, adică dacă sunt capabile să elibereze glutamat cu o viteză comparabilă cu cea a transmisiei sinaptice.
Pentru a face acest lucru, echipa a folosit o tehnică avansată de imagistică care poate vizualiza glutamatul eliberat de vezicule în ţesuturile cerebrale şi la şoareci vii.
În plus, această eliberare de glutamat exercită o influenţă asupra transmisiei sinaptice şi reglează circuitele neuronale.
„Am identificat un subgrup de astrocite care răspund la stimulări selective cu eliberare rapidă de glutamat, care a avut loc în zone delimitate spaţial ale acestor celule care amintesc de sinapse", a declarat într-un comunicat farmacologul Andrea Volterra de la Universitatea din Lausanne, Elveţia (UCIL)
Folosind secvenţierea ARN-ului dintr-o singură celulă, Volterra şi colegii săi au identificat nouă grupuri (clustere) distincte de astrocite în hipocampul creierului.
S-a remarcat în special clusterul numărul 7. Acesta e localizat în părţi foarte discrete ale hipocampusului creierului şi poseda toată maşinăria moleculară necesară pentru a împacheta glutamatul în vederea eliberării acestuia în creier.
Folosind un tip de imagistică a glutamatului pe şoareci vii, cercetătorii au descoperit că aceste celule specializate eliberează glutamat în puncte fierbinţi precise care amintesc de o sinapsă - spaţiul în care doi neuroni comunică de obicei prin eliberarea de glutamat.
Echipa de cercetători a reuşit să demonstreze acest lucru prin suprimarea expresiei VGLUT de către celulele hibride.
„Sunt celule care modulează activitatea neuronală, controlează nivelul de comunicare şi de excitaţie a neuronilor", explică specialistul în neuroştiinţe Roberta de Ceglia, primul autor al studiului şi cercetător principal la UNIL.
Fără această maşinărie funcţională, studiul arată că potenţarea pe termen lung, un proces neuronal implicat în mecanismele de memorare, este afectată şi că memoria şoarecilor este afectată.
Astfel, când echipa de cercetare a întrerupt aceste celule asemănătoare astrocitelor, şoarecii au prezentat deficienţe de memorie.
Legături cu patologiile cerebrale
Pentru moment, noile celulele au fost denumite astrocite glutamatergice, fiind primele de acest tip.
Implicaţiile acestei descoperiri se extind la afecţiunile cerebrale.
Prin întreruperea specifică a astrocitelor glutamatergice, echipa de cercetare a demonstrat efecte asupra consolidării memoriei, dar a observat şi legături cu patologii precum epilepsia, ale cărei crize au fost exacerbate.
În cele din urmă, studiul arată că astrocitele glutamatergice au, de asemenea, un rol în reglarea circuitelor cerebrale implicate în controlul mişcărilor şi ar putea oferi ţinte terapeutice pentru boala Parkinson.
„Între neuroni şi astrocite, avem acum un nou tip de celulă", precizează Andrea Volterra. „Descoperirea sa deschide perspective imense de cercetare", comentează cercetătorul.
Oamenii de ştiinţă plănuiesc acum studii viitoare pentru a explora potenţialul rol protector al acestui tip de celule hibride în boli ale creierului, împotriva tulburărilor de memorie în boala Alzheimer, precum şi rolul acestora în alte regiuni şi patologii.
„Descoperirea acestei subpopulaţii atipice de astrocite specializate în creierul adult, oferă o perspectivă asupra rolurilor complexe ale astrocitelor în fiziologia şi bolile sistemului nervos central (SNC), reprezentând o potenţială ţintă terapeutică", scriu autorii studiului.
Noul studiu a fost publicat miercuri, 6 septembrie, în revista Nature.
