Neue Erkenntnisse über das Beulen des Gehirns können zu Behandlungen für Schlaganfall und Neurodegeneration führen

Eine neue Yale -Studie hat gezeigt, dass Neuronen – die energie -hungrigen Zellen, die die Aktivität im Gehirn verbinden und die direkte Aktivität verbinden – mit „Backup -Batterien“ ausgestattet sind, die sich in Zeiten von Stoffwechselstress zum Laufen des Gehirns halten.

Schreiben Verfahren der Nationalen Akademie der WissenschaftenForscher beschreiben, wie Neuronen ihren eigenen Glykogen speichern, eine Form von Zucker, die Neuronen hilft, belastbar zu bleiben, wenn ihre Hauptenergiequellen inszeniert.

Die Ergebnisse veranschaulichen, wie Neuronenzellen ihren Stoffwechsel anpassen können, sagen Forscher und können neue Behandlungen für neurologische Erkrankungen wie Schlaganfall, Neurodegeneration und Epilepsie formen, alle Störungen, bei denen Energieversagen eine Rolle spielt.

„Traditionell wurde angenommen, dass Gliazellen als ‚Energy Warehouses‘ dienten, die Glykogen aufbewahrten und bei Bedarf Neuronen mit Kraftstoff liefert“, sagte Milind Singh, ein Doktorand, ein Doktorand in Zellbiologie an der Yale School of Medicine (YSM).

Aber wir wissen jetzt, dass Neuronen selbst Glykogen speichern und ihn abbauen können, wenn der Druck eingeschaltet ist. Es ist wie zu entdecken, dass Ihr Auto ein Hybrid ist – es hängt nicht nur von Tankstellen an, sondern auch die ganze Zeit über eine Notfallbatterie. „

Milind Singh, Doktorandin der Yale School of Medicine

Für die Studie verwendete das Forschungsteam einen mikroskopischen Rundwurm namens Caenorhabditis elegans (c. Elegans) – eine Art von Wurm, die üblicherweise in der Forschung verwendet werden – und ein genetisch codierter fluoreszierender Biosensor namens Hylight, der als Reaktion auf Veränderungen in der Glykolyse leuchtet (die Prozesszellen verwenden Zucker für Energie.)

Bei maßgeschneiderten Geräten kontrollierten die Forscher genau das Sauerstoffniveau, das die lebenden Würmer erlebten und überwachten, wie Neuronen in Echtzeit auf Energiestress reagierten.

Ein Durchbruch kam, als Forscher das Enzym PyGL-1 entdeckten, die Wurmversion des menschlichen Glykogenphosphorylase-Enzyms, das Glykogen für Neuronen in Brennstoff umwandelt. Wenn die Forscher PYGL-1 entfernten, konnten die Wurmneuronen bei Bedingungen mit niedriger Sauerstoffspannung nicht mehr Energie steigern. Wenn das Enzym spezifisch in Neuronen wiederhergestellt wurde, wurde dieses Versagen umgekehrt.

„Wir haben festgestellt, dass Neuronen zwei verschiedene Strategien anwenden, um sich an Energiestress anzupassen: eine, die glykogenabhängig ist und eine, die nicht“, erklärte der Co-Lead-Autor Aaron Wolfe, ein postdoktoralischer Neurowissenschaften. „Der glykogenabhängige Weg ist besonders kritisch, wenn die Mitochondrien – einer der primären Energieerzeuger der Zelle – nicht gut funktionieren. In diesen Situationen dient Glykogen als Backup -System, um Energie über Glykolyse zu liefern.“

Das Team prägte den Begriff „glykogenabhängige glykolytische Plastizität“ (GDGP), um dieses Phänomen zu beschreiben. Sie fanden heraus, dass GDGP besonders wichtig ist, wenn die Mitochondrienfunktion beeinträchtigt wird – wie während der Hypoxie, einer Bedingung für die begrenzte Sauerstoffversorgung. Unter diesen Bedingungen dient Glykogen als kostengünstige, schnelle Kraftstoffquelle und hilft den Neuronen dabei, aktiv zu bleiben, wenn andere Systeme zum Stillstand kommen. Diese metabolische Anpassungsfähigkeit, die als „glykolytische Plastizität“ bezeichnet wird, hilft Neuronen, ihre Kernfunktionen unter Stress aufrechtzuerhalten.

„Unsere Arbeit stellt das Lehrbuchmodell heraus, wie das Gehirn selbst treibt. Neuronen sind autarker als wir dachten“, sagte Singh.

Co-Autor Daniel Colón-Ramos, der Professor für Neurowissenschaften und Zellbiologie von Dorys McConnell Duberg bei YSM, sagte, die Studie stütze den Begriff des Glykogens als „Energiekondensator“ in Neuronen.

„Genau wie in den Muskeln kann diese Reserve schnelle Veränderungen des Energiebedarfs pufferen“, sagte Colón-Ramos. „Diese Flexibilität könnte entscheidend dafür sein, wie das Gehirn die Funktion aufrechterhält und auf Stress reagiert. Diese Forschung fordert unser Verständnis des Gehirn -Energie -Stoffwechsels um und eröffnet neue Möglichkeiten, um zu untersuchen, wie die neuronale Funktion bei Krankheiten geschützt und unterstützt werden kann.“

Andere Autoren, alle aus Yale, sind Sarah Emerson, ein Postdoktorandforscher in Neurowissenschaften; Ian J. Gonzalez, Doktorand in Zellbiologie; Anjali A. Vishwanath und Anastasia Tisive, Post-Doctoral-Forscher in Neurowissenschaften; und Richard Goodman, ein Forschungswissenschaftler in Neurowissenschaften.

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