Menemukan mekanisme peningkatan energi otak

ringkasan: Para peneliti mampu mengidentifikasi mekanisme kunci untuk mendeteksi kapan otak membutuhkan dorongan energi, yang melibatkan astrosit dan molekul adenosin. Penemuan ini mungkin mengarah pada pengobatan baru untuk menjaga kesehatan otak dan umur panjang, terutama dalam memerangi penurunan kognitif dan penyakit neurodegeneratif.

Studi tersebut menemukan bahwa astrosit memantau aktivitas saraf dan mengaktifkan jalur yang memasok energi ke otak, memastikan fungsi otak yang efisien. Penemuan ini menawarkan pengobatan potensial untuk kondisi seperti penyakit Alzheimer.

Fakta-fakta kunci:

1. Astrosit memainkan peran penting dalam menyediakan energi ke neuron selama aktivitas dengan permintaan tinggi.
2. Molekul adenosin sangat penting untuk aktivasi metabolisme glukosa pada astrosit.
3. Menonaktifkan mekanisme peningkatan energi ini akan mengganggu fungsi otak, memori, dan tidur.

sumber: Universitas Perguruan Tinggi London

Mekanisme kunci yang mengungkap kapan otak membutuhkan tambahan energi untuk mendukung aktivitasnya telah diidentifikasi dalam penelitian pada tikus dan sel yang dipimpin oleh para ilmuwan dari Universitas London.

Para ilmuwan mengatakan bahwa hasil mereka, yang dipublikasikan di… alamPenemuan ini dapat membantu kita mengembangkan pengobatan baru untuk menjaga kesehatan otak dan umur panjang, karena penelitian lain menemukan bahwa metabolisme energi otak dapat terganggu di usia lanjut dan berkontribusi terhadap penurunan kognitif dan perkembangan penyakit neurodegeneratif.

Penulis utama Profesor Alexander Gorin (Neuroscience, Physiology and Pharmacology, University College London) mengatakan: “Otak kita terdiri dari miliaran neuron, yang bekerja sama untuk mengoordinasikan banyak fungsi dan melakukan tugas-tugas kompleks seperti mengendalikan gerakan, belajar, dan membentuk ingatan. Semua perhitungan ini membutuhkan energi yang tinggi dan memerlukan pasokan nutrisi dan oksigen yang konstan.

“Ketika otak kita paling aktif, seperti ketika kita melakukan tugas yang berat secara mental, otak kita membutuhkan dorongan energi segera, namun mekanisme yang tepat untuk memastikan area otak aktif disuplai dengan energi metabolik secara lokal sesuai permintaan belum sepenuhnya dipahami.”

Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa banyak sel otak yang disebut astrosit berperan dalam menyediakan energi yang dibutuhkan neuron di otak. Astrosit yang berbentuk seperti bintang merupakan salah satu jenis sel glial, yaitu sel non-neuronal yang terdapat pada sistem saraf pusat.

Ketika neuron di sekitarnya memerlukan peningkatan pasokan energi, astrosit dengan cepat melakukan intervensi dengan mengaktifkan simpanan glukosa mereka sendiri dan memetabolismenya, sehingga menyebabkan peningkatan produksi dan pelepasan laktat. Laktat melengkapi kumpulan energi yang tersedia untuk digunakan oleh neuron di otak.

Profesor Gorin menjelaskan: “Dalam penelitian kami, kami menemukan dengan tepat bagaimana astrosit mampu memantau penggunaan energi oleh neuron di sekitarnya, dan memulai proses ini yang memberikan energi kimia tambahan ke area otak yang padat.”

Dalam serangkaian percobaan menggunakan model tikus dan sampel sel, para peneliti mengidentifikasi serangkaian reseptor spesifik dalam astrosit yang dapat mendeteksi dan memantau aktivitas saraf, menstimulasi jalur sinyal yang melibatkan molekul penting yang disebut adenosin.

Para peneliti telah menemukan bahwa jalur sinyal metabolik yang diaktifkan oleh adenosin di astrosit adalah jalur yang sama yang merekrut simpanan energi di otot dan hati, misalnya saat kita berolahraga.

Adenosin mengaktifkan metabolisme glukosa dalam astrosit dan memasok energi ke neuron untuk memastikan bahwa fungsi sinaptik (neurotransmitter yang mengirimkan sinyal komunikasi antar sel) berlanjut dengan cepat dalam kondisi kebutuhan energi tinggi atau pasokan energi rendah.

Para peneliti menemukan bahwa ketika mereka menonaktifkan reseptor astrosit utama pada tikus, aktivitas otak hewan tersebut menjadi kurang efektif, termasuk gangguan signifikan pada metabolisme otak, memori dan gangguan tidur, sehingga menunjukkan bahwa jalur sinyal yang mereka identifikasi sangat penting untuk proses seperti pembelajaran, memori. dan tidur.

Penulis pertama dan rekan penulis studi Dr Shafiq Thiparambil, yang memulai penelitian di Universitas London sebelum pindah ke Universitas Lancaster, mengatakan: “Mengidentifikasi mekanisme ini mungkin memiliki implikasi yang lebih luas karena mungkin merupakan cara untuk mengobati penyakit otak yang memerlukan regulasi energi otak. diturunkan regulasinya, seperti degenerasi saraf dan demensia.”

Profesor Gorin menambahkan: “Kita tahu bahwa keseimbangan energi otak semakin melemah seiring bertambahnya usia, dan proses ini semakin cepat seiring berkembangnya penyakit neurodegeneratif seperti penyakit Alzheimer.

“Studi kami mengidentifikasi target yang menarik dan mudah diobati serta peluang terapeutik untuk menyelamatkan energi otak dengan tujuan melindungi fungsi otak, menjaga kesehatan kognitif, dan meningkatkan umur panjang otak.”

Pembiayaan: Para peneliti menerima dukungan dari Wellcome Foundation, dan para ilmuwan dari Universitas London, Universitas Lancaster, Imperial College London, King's College London, Universitas Queen Mary London, Universitas Bristol, Universitas Warwick, dan Universitas Colorado berpartisipasi dalam penelitian ini. .

Tentang berita penelitian ilmu saraf ini

pengarang: Chris Lynn
sumber: Universitas Perguruan Tinggi London
komunikasi: Chris Lane – UCL
gambar: Gambar diambil dari Berita Neuroscience

Pencarian asli: Akses terbuka.
“Sinyal adenosin ke astrosit mengoordinasikan metabolisme dan fungsi otak“Oleh Alexander Gorin dkk. alam

ringkasan

Sinyal adenosin ke astrosit mengoordinasikan metabolisme dan fungsi otak

Perhitungan otak yang dilakukan oleh miliaran neuron bergantung pada pasokan nutrisi dan oksigen yang cukup dan berkelanjutan.

Astrosit, tetangga neuron yang ada di mana-mana, mengontrol penyerapan dan metabolisme glukosa otak, namun mekanisme yang tepat dari hubungan metabolik antara neuron dan astrosit yang memastikan dukungan sesuai permintaan kebutuhan energi saraf belum sepenuhnya dipahami.

Di sini kami menunjukkan, dengan menggunakan model hewan percobaan in vitro dan in vivo, bahwa aktivasi metabolik astrosit yang bergantung pada aktivitas neuron dimediasi oleh neuromodulator adenosin yang bekerja pada reseptor astrosit A2B. Stimulasi reseptor A2B merekrut adenosin siklik klasik 3',5'-monofosfat-protein kinase.

Jalur sinyal yang mengarah pada aktivasi cepat metabolisme glukosa dalam astrosit dan pelepasan laktat, yang melengkapi sumber energi ekstraseluler yang tersedia.

Model tikus percobaan yang melibatkan penghapusan kondisional gen yang mengkode reseptor A2B pada astrosit telah menunjukkan bahwa sinyal metabolik yang dimediasi adenosin sangat penting untuk mempertahankan fungsi sinaptik, terutama dalam kondisi kebutuhan energi tinggi atau pasokan energi rendah.

Inaktivasi ekspresi reseptor A2B pada astrosit mengakibatkan pemrograman ulang metabolisme energi otak, mencegah plastisitas sinaptik di hipokampus, dan secara signifikan mengganggu memori pengenalan dan mengganggu tidur.

Data ini mengidentifikasi reseptor adenosin A2B sebagai sensor aktivitas saraf astrosit dan menunjukkan bahwa sinyal cAMP pada astrosit menyesuaikan metabolisme energi otak untuk mendukung fungsi dasarnya seperti tidur dan memori.