Pislákoló, csillag alakú agysejtek jelenthetik a választ arra a kérdésre, hogy miért és hogyan alszunk

A Current Biology folyóiratban ezen a héten megjelent új tanulmány arra utal, hogy az asztrociták néven ismert csillag alakú agysejtek ugyan...

A Current Biology folyóiratban ezen a héten megjelent új tanulmány arra utal, hogy az asztrociták néven ismert csillag alakú agysejtek ugyanolyan fontosak lehetnek az alvásszabályozás szempontjából, mint a neuronok, az agy idegsejtjei.

A Washingtoni Állami Egyetem Elson S. Floyd Orvostudományi Főiskolájának kutatói által vezetett tanulmány új lendületet adhat annak, hogy végső soron megoldódjon a rejtély, hogy miért alszunk és hogyan működik az alvás az agyban. (1)

A felfedezés megalapozhatja az alvászavarok és a neurológiai betegségek, valamint a problémás alvással járó egyéb állapotok esetleges jövőbeni kezelési stratégiáit is, mint amilyen például a PTSD, a depresszió, az Alzheimer-kór és az autizmus spektrumzavar.

"Amit az alvásról tudunk, az nagyrészt neuronokon alapul," - mondta Ashley Ingiosi vezető szerző és posztdoktori munkatárs. A neuronok elektromos jeleken keresztül kommunikálnak, amelyeket az elektroencefalográfia (EEG) segítségével könnyen meg lehet figyelni.

Az asztrociták, egyfajta gliasejtek (vagy "ragasztó" sejtek), amelyek kölcsönhatásba lépnek az idegsejtekkel, nem használnak elektromos jeleket, hanem a kalcium jelzésként ismert folyamatot használják aktivitásuk szabályozására.
Sokáig azt hitték, hogy az asztrociták - amelyek ötször annyian vannak, mint az idegsejtek - csupán támogató szerepet töltenek be anélkül, hogy a viselkedésben és a folyamatokban közvetlenül részt vennének.

Az idegtudósok csak nemrég kezdték el közelebbről megvizsgálni a különböző folyamatokban játszott lehetséges szerepüket. És bár néhány tanulmány arra utalt, hogy az asztrociták szerepet játszhatnak az alvásban, szilárd tudományos eszközök a kalcium aktivitásuk tanulmányozására egészen a közelmúltig nem álltak rendelkezésre, mondta Ingiosi.

Az asztrociták alvásban betöltött szerepének mélyebb megismerése érdekében társaival rágcsáló modell segítségével rögzítette az asztrociták kalcium aktivitását az alvás és ébrenlét során, valamint az alváshiány után.

Fluoreszcens kalcium-indikátort használtak, amelyet apró, fejre szerelt mikroszkópokon keresztül rögzítettek, amelyek közvetlenül az egerek agyába néztek, miközben mozogtak és úgy viselkedtek, mint általában.

Ez az indikátor lehetővé tette a csapat számára, hogy lássák, ahogy alvás és ébrenlét során a kalciumvezérelt fluoreszcens aktivitás be- és kikapcsol az asztrocitákban. Ezeknek a miniatűr mikroszkópoknak az alkalmazásával az egyedülálló módszertanuk lehetővé tette az asztrociták kalcium aktivitásának alvás közbeni első vizsgálatát.

A kutatócsoport két fő kérdés megválaszolására törekedett: vajon az asztrociták az alvás és az ébrenlét állapotában dinamikusan változnak-e, mint az idegsejtek? És az asztrociták szerepet játszanak-e az alvásigény, az alvás természetes késztetésének szabályozásában?

A frontális kéregben lévő asztrocitákat vizsgálva, amely az alvásigényben mérhető EEG változásokkal járó agyterület, azt tapasztalták, hogy az asztrociták aktivitása dinamikusan változik az alvás-ébrenlét ciklus alatt, ahogyan ez a neuronokra is igaz. A legtöbb kalcium aktivitást a pihenési szakasz elején is megfigyelték - amikor az alvásigény a legnagyobb -, és a legkevesebb kalcium aktivitást a tesztfázis végén, amikor az alvásigény enyhült.

Ezután ébren tartották az egereket a normális pihenési fázisuk első 6 órájában, és figyelték a kalcium aktivitás változását az EEG lassú hullám aktivitásával párhuzamosan alvás közben, ami az alvásigény egyik legfontosabb mutatója. Vagyis azt tapasztalták, hogy az alváshiány az asztrocita kalcium aktivitásának növekedését okozta, amely csökkent az egerek elalvása után.

A következő kérdésük az volt, hogy az asztrocita kalcium aktivitásának genetikai manipulálása befolyásolja-e az alvásszabályozást. Ennek kiderítésére olyan egereket vizsgáltak, amelyekből hiányzott az asztrocitákban a STIM1 néven ismert fehérje, ami csökkentette a rendelkezésre álló kalcium mennyiségét.

Alvásmegvonás után ezek az egerek nem aludtak annyi ideig, vagy nem voltak olyan álmosak, mint a normál egerek, amelyeket engedtek aludni, ami megerősítette azokat a korábbi eredményeket, amelyek arra utalnak, hogy az asztrociták alapvető szerepet játszanak az alvásigény szabályozásában.



Végül tesztelték azt a hipotézist, amely szerint az asztrocita kalcium aktivitása csupán az idegsejtek elektromos aktivitását tükrözi. Tanulmányok kimutatták, hogy a neuronok elektromos aktivitása jobban szinkronizálódik a nem REM alvás alatt és az alváshiány után, de a kutatók az ellenkezőjét találták igaznak az asztrociták esetében, mivel a kalcium aktivitás kevésbé szinkronizálódott a nem REM alvásban és az alváshiány után.

"Ez azt jelzi számunkra, hogy az asztrociták nemcsak passzívan követik az idegsejteket," - mondta Ingiosi. "És mivel nem feltétlenül mutatják ugyanazokat a tevékenységi mintákat, mint az idegsejtek, emiatt valójában közvetlenebb szerepet játszhatnak az asztrociták az alvás és az alvásigény szabályozásában."

További kutatásokra van szükség az asztrociták alvás- és alvásszabályozásban betöltött szerepének további feltárásához, mondta Ingiosi. Azt tervezi, hogy tanulmányozza az asztrociták kalcium aktivitását az agy más részein, amelyekről kiderült, hogy fontosak az alvás és az ébrenlét szempontjából.

Ezenkívül szeretné megvizsgálni az asztrociták interakcióit az agy különböző neurotranszmittereivel, hogy megtalálja azt a mechanizmust, amely révén az asztrociták képesek az alvás és alvási szükséglet irányítására.

"Vizsgálatunk eredményei arra engednek következtetni, hogy több mint 100 éve rossz helyen keresgéltünk," - mondta Marcos Frank vezető szerző és orvosbiológiai professzor.

"Megalapozott bizonyíték van arra, hogy az asztrocitákat kell megcéloznunk annak megértése érdekében, hogy miért és hogyan alszunk, valamint olyan terápiák kidolgozására, amelyek segíthetnek az alvászavarokban és más rendellenes alvással járó egészségi állapotban szenvedőknek." (2)

(1) - https://www.cell.com/current-biology/fulltext
(2) - https://news.wsu.edu/2020/09/24/star-shaped