Komórki mózgowe w kształcie gwiazdy mogą wyłączać” neurony zaangażowane w nawrót uzależnienia od heroiny

Komórki mózgowe w kształcie gwiazdy mogą wyłączać” neurony zaangażowane w nawrót uzależnienia od heroiny

Neuronaukowcy z Uniwersytetu Medycznego Karoliny Południowej (MUSC) donoszą w czasopiśmie Science Advances, że gwiaździste komórki mózgowe zwane astrocytami mogą „wyłączać” neurony zaangażowane w nawrót uzależnienia od heroiny. Sygnały związane z narkotykami w środowisku mogą zwiększyć potrzebę poszukiwania narkotyków i doprowadzić do nawrotu. W tym artykule zespół kierowany przez dr Petera Kalivasa i dr Annę Kruyer z Wydziału Neuronauki zbadał, w jaki sposób astrocyty oddziałują z neuronami i czy astrocyty odgrywają ważną rolę w regulowaniu reakcji na sygnały lekowe.

Kiedy uczymy się jeździć na rowerze lub rozwiązywać problemy matematyczne, komórki przekaźnikowe w naszym mózgu zwane neuronami tworzą połączenia, które pozwalają im lepiej się komunikować, co ułatwia nam wykonanie tego samego zadania następnym razem. To samo dzieje się, gdy uczymy się kojarzyć przyjemność ze szkodliwymi substancjami, takimi jak narkotyki. Neurony wysyłają sobie nawzajem potężne wiadomości, motywując nas do ciągłego powracania do nich.

Komunikacja między neuronami jest kontrolowana przez różne komórki, zwłaszcza grupę komórek w kształcie gwiazdy zwanych astrocytami. Astrocyty otaczają nasze neurony i działają jak sygnalizacja świetlna, regulując komunikację między komórkami, szczególnie w przypadku zachowań uzależniających.

Innym ważnym czynnikiem powodującym uzależnienie i nawroty jest glutaminian, będący przekaźnikiem chemicznym. Glutaminian stymuluje neurony, powodując, że wysyłają sygnały elektryczne w celu wzajemnej komunikacji. Laboratorium Kalivas odegrało kluczową rolę w ustaleniu znaczenia glutaminianu. Przez dziesięciolecia badań Kalivas opracował „hipotezę uzależnienia od glutaminianu” – powiedział Kruyer.

Zgodnie z tą hipotezą zbyt dużo glutaminianu może powodować ciągłe działanie neuronów w odpowiedzi na bodźce środowiskowe wywołane lekami. Ten ciągły ogień popycha komunikację między komórkami do nadmiernej prędkości i sprzyja zachowaniom uzależniającym od narkotyków i nawrotom.

Kalivas i Kruyer odkryli, że astrocyty mogą spowalniać nadaktywną komunikację.

Astrocyty są jak hamulec w samochodzie, należy je zaciągnąć, aby zatrzymać sygnał glutaminianu.

dr Anna Kruyer, Katedra Neuronauki MUSC

Ale jak dokładnie to robią?

Aby odpowiedzieć na to pytanie, badacze wykorzystali ustalony model nawrotu heroiny. W modelu szczury najpierw uczą się samodzielnie podawać heroinę, naciskając dźwignię. Po naciśnięciu dźwigni otrzymują lek wraz z sygnałami świetlnymi i dźwiękowymi, dzięki czemu szczury mogą skojarzyć te sygnały z lekiem. Następnie sygnał i lek są usuwane, co naśladuje odstawienie. W końcu zwierzęta ponownie uzyskują dostęp do sygnału, a naciśnięcie dźwigni jest miarą uzależnienia od narkotyków i nawrotu choroby.

Stosując to podejście, Kruyer i Kalivas odkryli, że astrocyty przystosowują się na dwa sposoby, aby zmniejszyć uzależnienie od narkotyków podczas odstawienia. Rodzina astrocytów zbliża się do neuronów i odwraca glutaminian od synapsy, ograniczając komunikację między neuronami. Inna rodzina zwiększa ekspresję transportera glutaminianu GLT-1, który pochłania nadmiar glutaminianu. W obu przypadkach astrocyty spowalniają komunikację neuronalną podczas odstawienia.

Jednakże w fazie nawrotu dostępnych było mniej astrocytów spełniających tę funkcję hamowania i były one zlokalizowane dalej od neuronów. Korzystając ze specjalnej technologii chemicznej, Kruyer i Kalivas byli w stanie włączać i wyłączać astrocyty, zmieniając ich zachowanie, pokazując, że te komórki w kształcie gwiazdy odgrywają ważną rolę.

„Kiedy astrocyty otaczają neurony” – wyjaśniła Kruyer, „w zasadzie wysysają glutaminian i zamykają synapsę” – powiedziała. „Ale kiedy wycofują się z neuronów, to tak, jakbyś stracił hamulce”.

Odkrycia te mogą dostarczyć nowych informacji na temat sposobów zapobiegania nawrotom.

„Ponieważ astrocyty w normalnym mózgu przechodzą dwie adaptacje w celu powstrzymania nawrotów, uważamy, że mogą stanowić cenny cel komórkowy przy opracowywaniu leków zwalczających nawroty w zaburzeniach związanych z używaniem substancji psychoaktywnych” – powiedział Kruyer.

Poprzednie badania kliniczne wykazały, że samo zmniejszenie poziomu glutaminianu nie wystarczy, aby zapobiec nawrotom choroby u ludzi. Wyniki te sugerują, że terapia skojarzona, która nie tylko obniża poziom glutaminianu, ale także wzmacnia działanie hamujące astrocytów, może być skuteczniejsza i wymaga dalszych badań.

„Historycznie rzecz biorąc, najwięcej uwagi poświęcano neuronom, jeśli chodzi o patologię behawioralną” – powiedział Kruyer. „Nasze wyniki pokazują, że musimy spojrzeć na układ nerwowy bardziej całościowo i wziąć pod uwagę, że typy komórek inne niż neurony mogą wpływać na zachowanie i mogą być kluczem do leczenia nawrotów”.

Aby przygotować grunt pod nowe terapie oparte na astrocytach, Laboratorium Kalivas próbuje zidentyfikować potencjalne cele genowe.

„Wiele genów ulega ekspresji w astrocytach, które nie ulegają ekspresji w innych komórkach mózgowych, w tym w neuronach” – powiedział Kalivas. „Jeśli zrozumiemy, które z tych genów mają kluczowe znaczenie dla regulacji nawrotu choroby przez astrocyty, będziemy mogli opracować leki, które selektywnie zwiększają zdolność astrocytów do hamowania nawrotów. Jest to dziedzina aktywnych badań prowadzonych w naszym laboratorium i zidentyfikowaliśmy kilka produktów genów selektywnych wobec astrocytów, które mogą służyć jako cele w leczeniu zaburzeń związanych z używaniem substancji psychoaktywnych”.

Źródło:

Uniwersytet Medyczny Karoliny Południowej

Odniesienie:

Kruyer, A. i in. (2022) Plastyczność subpopulacji astrocytów reguluje nawrót heroiny. Postęp naukowy. doi.org/10.1126/sciadv.abo7044.

.