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(jīng)元和星形膠質(zhì)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(jīng)元會發(fā)生大量變化，但星形膠質(zhì)細胞的反應(yīng)是什么以及它們?nèi)绾未龠M感官體驗仍不清楚。
貝勒醫(yī)學院和合作機構(gòu)的研究人員在《科學》雜志上報告了星形膠質(zhì)細胞對嗅覺刺激的反應(yīng)，揭示了維持星形膠質(zhì)細胞-神經(jīng)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(jīng)元，這會改變這些神經(jīng)元表達的基因，從而能夠調(diào)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(diào)查了在嗅覺刺激期間神經(jīng)活動后星形膠質(zhì)細胞發(fā)生了什么，并發(fā)現(xiàn)了以前沒有描述過的變化。”
嗅覺刺激引發(fā)星形膠質(zhì)細胞上血清素轉(zhuǎn)運蛋白Slc22a3的增加，從而介導血清素轉(zhuǎn)運到細胞中。“我們跟蹤星形膠質(zhì)細胞內(nèi)部的血清素，驚訝地發(fā)現(xiàn)它會進入細胞核，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)細胞基因表達的DNA上的蛋白質(zhì)，”Sardar說。“與DNA結(jié)合的血清素充當開關(guān)，控制基因表達。”
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)細胞基因的表達，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)細胞中丟失轉(zhuǎn)運蛋白Slc22a3會降低細胞中的血清素水平，并導致血清素結(jié)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(zhì)細胞GABA的釋放，從而擾亂了嗅覺的神經(jīng)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(guān)而聞名。“在這里，我們發(fā)現(xiàn)了星形膠質(zhì)細胞中5-羥色胺的新功能。5-羥色胺觸發(fā)星形膠質(zhì)細胞基因表達模式的變化，將星形膠質(zhì)細胞變成嗅覺處理的中心，”Sardar說。
“這個項目揭示了星形膠質(zhì)細胞功能的新方面，”貝勒大學神經(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(zhì)細胞具有很強的可塑性，就像神經(jīng)元一樣，這意味著星形膠質(zhì)細胞可以根據(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，動物行為。”
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