Астроциттер: Мияның жұлдыз тәрізді жасушалары

Кіріспе

Ми жасушасының түрі

Астроциттер (көне грекше: ἄστρον, ástron – "жұлдыз" және κύτος, kútos – "қуыс", "жасуша") сонымен қатар астроглия деп те аталады, бұл ми мен жұлынның ерекше жұлдыз тәрізді глиальды жасушалары. Олар көптеген функцияларды атқарады, оның ішінде қан-ми тосқауыл құрайтын эндотелиялық жасушалардың биохимиялық реттелуі, жүйке тінін қоректік заттармен қамтамасыз ету, жасушадан тыс иондық тепе-теңдікті сақтау, ми қан ағынын реттеу, сондай-ақ инфекциялар мен жарақаттардан кейін ми мен жұлынның жараларын жазылуына және тыртықтану процесіне қатысу. Мидағы астроциттердің үлесі нақты анықталмаған; қолданылған санау әдісіне байланысты зерттеулер астроциттердің үлесі аймаққа қарай өзгеретінін және барлық глиальды жасушалардың 20%-дан 40%-ына дейін құрайтынын көрсеткен. Тағы бір зерттеуде астроциттер мидағы ең көп санды жасушалар екені айтылған. Аполипопротеин Е холестеринды астроциттерден нейрондарға және басқа глиальды жасушаларға тасымалдайды, бұл мидағы жасушалық сигналдауды реттейді. Деректер астроциттердің Ca2+ тәуелді глютамат бөлінуі арқылы нейрондарға да сигнал беретінін көрсетеді. Мұндай жаңалықтар астроциттерді нейроғылым саласындағы маңызды зерттеу нысанына айналдырды.

Құрылымы

Астроциттер – орталық жүйке жүйесіндегі глиальды жасушалардың бір түрі. Олар астроциттік глиальды жасушалар деп те аталады. Жұлдыз тәрізді пішінді, олардың көптеген процестері нейрондар жасаған синапстарды қамтиды. Адамда бір астроцит жасушасы бір уақытта 2 миллионға дейін синапспен өзара әрекеттесе алады. Астроциттер әдетте гистологиялық талдау арқылы анықталады, олардың көпшілігі аралық жіпшелі глиальды фибрилді қышқылды ақуызды (GFAP) экспресс жасайды. Орталық жүйке жүйесінде астроциттердің бірнеше түрі бар, оның ішінде талшықты (ақ зат), протоплазмалық (сұр зат) және радиалды. Желтілі глиялар көбінесе ақ затта орналасқан, салыстырмалы түрде аз органеллаға ие және ұзын, тармақталмаған жасушалық процестерге ие. Бұл түрде капилляр қабырғаларына жақын болғанда жасушаларды оларға физикалық байланыстыратын астроциттік аяқ процестері жиі кездеседі. Протоплазмалық глиялар ең көп таралған және сұр зат тінінде кездеседі, олар органеллалардың көп мөлшеріне және қысқа, жоғары тармақталған үшінші процестерге ие. Радиалды глиальды жасушалар қарыншалардың осьтеріне перпендикуляр жазықтықта орналасқан. Олардың бір процесі пиа-матерге жанасады, ал екіншісі сұр заттың тереңіне енген. Радиалды глия көбінесе даму кезінде кездеседі және нейронның қозғалуында рөл атқарады. Торшаның Мюллер жасушалары және ми қыртысының Бергманн глия жасушалары ересек жаста да кездеседі. Пиа-матерге жақын болғанда, астроциттердің барлық үш түрі пиа-глиялық мембрананы құрайтын процестерді жібереді. Сұр заттағы энергия қолданылуын алғашқы бағалаулар бойынша 95% нейрондарға, ал 5% астроциттерге тиесілі болған. Бірақ, әрекет потенциалдарының бастапқыда ойланғаннан гөрі тиімді екені анықталғаннан кейін, энергия бюджеті түзетілді: дендриттерге 70%, аксондарға 15%, ал астроциттерге 7%. Бұрын астроциттердің синаптық K⁺ иондарын Kir4.1 каналдары арқылы ғана сіңіретіні есептелген. Алайда, қазір олар Na⁺/K⁺ АТФазасын да пайдаланатыны белгілі болды. Бұл белсенді буферлеуді ескергенде, астроциттердің энергияға деген қажеттілігі 200%-дан астамға артады. Бұл екі жасуша түрінде де митохондриялық тығыздықтың ұқсас екенін көрсететін 3D нейропильді реконструкциялармен, сондай-ақ жасушаға тән транскриптомдық және протеомдық деректермен, трикарбоксилді қышқыл цикл жылдамдығымен расталады. Сондықтан, "граммына астроциттер нейрондармен салыстырғанда қымбатқа түседі". Нейрондық жасушалардың ерекшеленуі сияқты, канондық сигнализациялық факторлар, мысалы, соник едік (SHH), фибробласт өсу факторы (FGF), WNT және сүйек морфогенетикалық белоктары (BMP), морфогендік градиенттер арқылы дамушы макроглиялық жасушаларға позициялық ақпарат береді. Нейраксис бойымен қалыптасқан бұл үлгілер дамушы жұлынның нейроэпителиін әртүрлі нейрон түрлері үшін аталық домендерге (p0, p1, p2, p3 және pMN) бөлуге әкеледі. Бірнеше зерттеулердің нәтижесінде бұл модель макроглиялық жасушалардың ерекшеленуіне де қатысты деп есептеледі. Хохстим және әріптестері жүргізген зерттеулер p1, p2 және p3 домендерінен пайда болатын үш түрлі астроциттер популяциясын көрсетті. Бұл астроциттердің субтиптерін олардың әртүрлі транскрипция факторларын (PAX6, NKX6.1) және жасуша бетінің маркерлерін (реэлин және SLIT1) экспресс жасайтыны арқылы анықтауға болады. Астроциттердің үш субтипі анықталды: 1) дорсальды орналасқан VA1 астроциттері, p1 доменінен алынған, PAX6 және реэлин экспресс жасайды; 2) вентральды орналасқан VA3 астроциттері, p3 доменінен алынған, NKX6.1 және SLIT1 экспресс жасайды; және 3) аралық ақ затта орналасқан VA2 астроциті, p2 доменінен алынған, PAX6, NKX6.1, реэлин және SLIT1 экспресс жасайды. Астроциттердің дамушы орталық жүйке жүйесінде ерекшеленгеннен кейін, олардың прекурсорлары терминалды дифференциация процесі басталар алдында жүйке жүйесіндегі соңғы орнына көшеді деп есептеледі.

Astrocytes are a sub type of glial cells in the central nervous system. They are also known as astrocytic glial cells. Star shaped, their many processes envelop synapses made by neurons. In humans, a single astrocyte cell can interact with up to 2 million synapses at a time. Astrocytes are classically identified using histological analysis; many of these cells express the intermediate filament glial fibrillary acidic protein (GFAP). Several forms of astrocytes exist in the central nervous system including fibrous (in white matter), protoplasmic (in grey matter), and radial. The fibrous glia are usually located within white matter, have relatively few organelles, and exhibit long unbranched cellular processes. This type often has astrocytic endfoot processes that physically connect the cells to the outside of capillary walls when they are in proximity to them. The protoplasmic glia are the most prevalent and are found in grey matter tissue, possess a larger quantity of organelles, and exhibit short and highly branched tertiary processes. The radial glial cells are disposed in planes perpendicular to the axes of ventricles. One of their processes abuts the pia mater, while the other is deeply buried in gray matter. Radial glia are mostly present during development, playing a role in neuron migration. Müller cells of the retina and Bergmann glia cells of the cerebellar cortex represent an exception, being present still during adulthood. When in proximity to the pia mater, all three forms of astrocytes send out processes to form the pia glial membrane. Early assessments of energy use in gray matter signaling suggested that 95% was attributed to neurons and 5% to astrocytes. However, after discovering that action potentials were more efficient than initially believed, the energy budget was adjusted: 70% for dendrites, 15% for axons, and 7% for astrocytes. Previous accounts assumed that astrocytes captured synaptic K⁺ solely via Kir4.1 channels. However, it's now understood they also utilize Na⁺/K⁺ ATPase. Factoring in this active buffering, astrocytic energy demand increases by >200%. This is supported by 3D neuropil reconstructions indicating similar mitochondrial densities in both cell types, as well as cell specific transcriptomic and proteomic data, and tricarboxylic acid cycle rates. Therefore "Gram per gram, astrocytes turn out to be as expensive as neurons". Just as with neuronal cell specification, canonical signaling factors like sonic hedgehog (SHH), fibroblast growth factor (FGFs), WNTs and bone morphogenetic proteins (BMPs), provide positional information to developing macroglial cells through morphogen gradients along the dorsal–ventral, anterior–posterior and medial–lateral axes. The resultant patterning along the neuraxis leads to segmentation of the neuroepithelium into progenitor domains (p0, p1 p2, p3 and pMN) for distinct neuron types in the developing spinal cord. On the basis of several studies it is now believed that this model also applies to macroglial cell specification. Studies carried out by Hochstim and colleagues have demonstrated that three distinct populations of astrocytes arise from the p1, p2 and p3 domains. These subtypes of astrocytes can be identified on the basis of their expression of different transcription factors (PAX6, NKX6.1) and cell surface markers (reelin and SLIT1). The three populations of astrocyte subtypes which have been identified are: 1) dorsally located VA1 astrocytes, derived from p1 domain, express PAX6 and reelin; 2) ventrally located VA3 astrocytes, derived from p3, express NKX6.1 and SLIT1; and 3) intermediate white matter located VA2 astrocyte, derived from the p2 domain, which express PAX6, NKX6.1, reelin and SLIT1. After astrocyte specification has occurred in the developing CNS, it is believed that astrocyte precursors migrate to their final positions within the nervous system before the process of terminal differentiation occurs.

Функция

Астроциттер мидың физикалық құрылымын қалыптастыруға көмектеседі және нейротрансмиттерлерді бөліп шығару немесе сіңіру, сондай-ақ қан-ми тосқауелін сақтау сияқты бірнеше белсенді қызметтер атқарады деп саналады. Пресинаптық элемент, постсинаптық элемент және глиальды элемент арасындағы тығыз байланысты көрсететін үш жақты синапс тұжырымы ұсынылған. Құрылымдық: олар мидың физикалық құрылымын құруға қатысады. Астроциттер «жұлдыз тәрізді» пішініне байланысты осылай аталған. Олар мидағы ең көп кездесетін глиальды жасушалар болып табылады және нейрондық синапстармен тығыз байланысты. Олар мидағы электр импульстарын реттейді. Гликогендік отын қорының буфері: Астроциттерде гликоген бар және олар глюконеогенезге қабілетті. Майданы мен гиппокамптағы нейрондардың жанындағы астроциттер глюкозаны сақтап, бөліп шығарады. Осылайша, астроциттер глюкозаның жоғары деңгейде тұтынуы және глюкоза жетіспеуі кезінде нейрондарды глюкозамен қамтамасыз ете алады. Жақында егеуқұйрықтармен жүргізілген зерттеулер бұл қызмет пен физикалық жаттығулар арасында байланыс болуы мүмкін екенін көрсетті. Метаболизмді қолдау: олар нейрондарды лактат сияқты қоректік заттармен қамтамасыз етеді. Глюкозаны сезу: әдетте нейрондармен байланысты болса, мидағы интерстициалдық глюкоза деңгейін анықтау да астроциттермен реттеледі. Астроциттер глюкоза деңгейі төмендеген кезде in vitro жағдайында белсендіріледі, ал in vivo жағдайында бұл белсендіру асқазанның босауын күшейтеді, соның салдарынан ас қорыту процесі жақсарады. Қан-ми тосқауелі: Эндотелиялық жасушаларды айналдыратын астроциттердің ұштары қан-ми тосқауелін сақтауға көмектеседі деп есептелген, ал соңғы зерттеулер олардың тығыз байланыстармен және базальды мембранамен бірге маңызды рөл атқаратынын көрсетті. Алайда, астроциттердің белсенділігі мидағы қан ағынымен байланысты екені және fMRI арқылы осының өлшенетіні жақында анықталды. Трансмиттерлерді сіңіру және бөліп шығару: Астроциттер глютамат, АТФ және ГАМК сияқты бірнеше нейротрансмиттерлер үшін плазмалық мембраналық тасымалдаушыларды, соның ішінде глютамат тасымалдаушыларын экспресс жасайды. Жақында астроциттердің Ca2+ тәуелді түрде, көпіршіктер арқылы глютамат немесе АТФ-ты бөліп шығаратыны анықталды. (Бұл гиппокамп астроциттері үшін даулы мәселе.) Жасуша сырты кеңістікте иондық концентрацияны реттеу: Астроциттер жоғары тығыздықтағы калий арналарын экспресс жасайды. Нейрондар белсенді болған кезде калийді бөліп шығарады, бұл жергілікті жасуша сырты концентрациясын арттырады. Астроциттер калийге өте өткізгіш болғандықтан, жасуша сырты кеңістіктегі артық жинақталған заттарды тез жояды. Егер бұл функция бұзылса, калийдің жасуша сырты концентрациясы артады, бұл Голдман теңдеуіне сәйкес нейрондық деполяризацияға әкеледі. Жасуша сыртындағы калийдің қалыптан тыс жинақталуы эпилепсиялық нейрондық белсенділікке әкеп соғатыны белгілі. Синаптық берілістің модуляциясы: Гипоталамустың супероптикалық ядросында астроциттердің морфологиясындағы тез өзгерістер нейрондар арасындағы гетеросинаптық беріліске әсер ететіні көрсетілді. Гиппокампта астроциттер аденозинді алу үшін эктонуклеотидазалармен гидролизденетін АТФ-ты бөліп шығу арқылы синаптық берілісті тежейді. Аденозин нейрондық аденозин рецепторларына әсер етеді, синаптық берілісті тежейді, соның салдарынан LTP үшін қол жетімді динамикалық диапазонды арттырады. Вазомодуляция: Астроциттер нейрондық қан ағынының реттелуінде делдалдық рөл атқара алады. Олигодендроциттердің миелиндеу белсенділігін күшейту: Нейрондардағы электрлік белсенділік олардың миелиннің пайда болуына ынталандырушы ретінде қызмет ететін АТФ-ты бөліп шығаруға себеп болады. Алайда АТФ тікелей олигодендроциттерге әсер етпейді. Оның орнына ол астроциттерде цитокин лейкемияны тежеу факторының (ЛИФ) бөлінуіне себепші болады, бұл олигодендроциттердің миелиндеу белсенділігін күшейтетін реттеуші белок. Бұл астроциттердің мидағы басқарушы үйлестіру рөлін атқаратынын көрсетеді. Жүйке жүйесінің қалпына келуі: Орталық жүйке жүйесіндегі жүйке жасушаларына зақым келген кезде астроциттер бұл кеңістікті толтырып, глиальды таңба жасайды және жүйке жүйесінің қалпына келуіне үлес қосуы мүмкін. Алайда, ЖҚТ регенерациясындағы астроциттердің рөлі толыққанды түсініксіз. Глиальды таңба дәстүрлі түрде регенерацияға кедеріс жасайтын өткізбейтін кедергі ретінде сипатталған, сондықтан аксонды регенерациялауда теріс рөл атқарады. Алайда, жақында генетикалық жою зерттеулері арқылы астроциттердің регенерацияның жүзеге асуы үшін қажет екені анықталды. Одан да маңыздысы, авторлар астроциттердің таңбасының нейротрофикалық қосымшалар арқылы өсуге итермеленген аксондардың (аксондардың өсуіне көмектесетін) зақымдалған жұлыннан өтуі үшін өте қажет екенін анықтады. Экспрессия, оның анықтамасы әлі де талқыланып жатыр) нейрондар үшін уытты болуы мүмкін, нейрондарды өлтіре алатын сигналдарды бөліп шығарады. Дегенмен, жүйке жүйесіне келген зақымдануда олардың рөлін анықтау үшін көп жұмыс жасау қажет. Ұзақ мерзімді күшейту: Ғалымдар астроциттердің гиппокамптағы оқу мен есте сақтауды біріктіретініне қатысты пікірталас жүргізіп жатыр. Жақында адамның глиальды алғашқы жасушаларын жас егеуқұйрықтардың миына имплантациялау осы жасушалардың астроциттерге дифференциалдануына әкелетіні көрсетілді. Дифференциалданудан кейін бұл жасушалар LTP-ны арттырады және егеуқұйрықтардың есте сақтау қабілетін жақсартады. Күндізгі-түндік сағат: Астроциттер ғана SCN-дегі молекулалық осцилляцияларды және егеуқұйрықтардағы күндізгі-түндік мінез-құлқыны қозғауға жеткілікті, сонымен қатар күрделі сүтқоректілердің мінез-құлқын бастап, сақтауға қабілетті. Жүйке жүйесінің ауысуы: Төменде келтірілген мәліметтерге сүйене отырып, жақында макроглияның (әсіресе астроциттердің) нейротрансмиттердің сыйымдылығы ретінде де, жүйке жүйесінің логикалық ауысуы ретінде де әрекет ететіні болжамдалды. Яғни, макроглия мембраналық күйіне және стимул деңгейіне байланысты жүйке жүйесі бойындағы стимулдың таралуын тоқтатады немесе қосады. + Глияның ауысу және сыйымдылық рөлін растайтын дәлелдер Электрофизиологиялық дәлелдер Стимул деңгейі белгілі бір шекті мәнді басып өткен кезде теріс толқын пайда болады. Электрофизиологиялық жауаптың пішіні әртүрлі және нейрондық жауапқа қарама-қарсы полюстілікке ие, бұл нейрондардан басқа жасушалардың қатысуы мүмкін екенін көрсетеді. Психофизикалық дәлелдер Теріс электрофизиологиялық жауапқа барлық немесе ешқандай әрекеттер сүйемелдейді. Орташа теріс электрофизиологиялық жауап саналы логикалық шешімдерде, мысалы, қабылдау тапсырмаларында пайда болады. Күшті өткір теріс толқын эпилепсиялық ұстамалар мен рефлекстер кезінде пайда болады. Астроциттер тігістер арқылы байланысқан, электрлік тұрғысынан байланысқан (функционалды) синцитиум құрайды. Астроциттердің осы қабілетіне байланысты, бір астроциттің белсенділігіндегі өзгерістер бастапқы астроциттен қашықтау орналасқан басқаларының белсенділігіне де әсер етуі мүмкін. Астроциттерге Ca2+ иондарының ағыны кальций толқындарын тудыратын маңызды өзгеріс болып табылады. Бұл ағын миға қан ағынының артуына тікелей байланысты болғандықтан, кальций толқындары гемодинамикалық жауап функциясының бір түрі деп есептеледі. Ішкі жасушалық кальций концентрациясының артуы бұл функционалды синцитиум арқылы сыртқа таралуы мүмкін. Кальций толқындарының таралу механизмдеріне кальций иондары мен IP3-нің тігістер арқылы таралуы және жасуша сырты АТФ сигналдауы кіреді. Кальцийдің жоғарылауы астроциттердегі белсендірудің негізгі білінетін осі болып табылады және астроциттік глютамат бөлінуінің кейбір түрлері үшін қажетті және жеткілікті. Кальций сигналдауының астроциттердегі маңыздылығын ескере отырып, кеңістіктік-уақыттық кальций сигналдау прогресін реттеуге қатысты қатаң механизмдер әзірленді. Математикалық талдау көрсеткендей, Ca2+ иондарының жергілікті ағыны Ca2+ иондарының цитозольдық концентрациясының жергілікті жоғарылауына әкеледі. Сонымен қатар, цитозольдық Ca2+ жинақталуы кез келген ішкі жасушалық кальций ағынына тәуелсіз және мембрана арқылы Ca2+ алмасуға, цитозольдық кальций таралуына, жасуша геометриясына, жасуша сырты кальцийге...

Astrocytes help form the physical structure of the brain, and are thought to play a number of active roles, including the secretion or absorption of neural transmitters and maintenance of the blood–brain barrier. The concept of a tripartite synapse has been proposed, referring to the tight relationship occurring at synapses among a presynaptic element, a postsynaptic element and a glial element. Structural: They are involved in the physical structuring of the brain. Astrocytes get their name because they are "star shaped". They are the most abundant glial cells in the brain that are closely associated with neuronal synapses. They regulate the transmission of electrical impulses within the brain. Glycogen fuel reserve buffer: Astrocytes contain glycogen and are capable of gluconeogenesis. The astrocytes next to neurons in the frontal cortex and hippocampus store and release glucose. Thus, astrocytes can fuel neurons with glucose during periods of high rate of glucose consumption and glucose shortage. A recent research on rats suggests there may be a connection between this activity and physical exercise. Metabolic support: They provide neurons with nutrients such as lactate. Glucose sensing: normally associated with neurons, the detection of interstitial glucose levels within the brain is also controlled by astrocytes. Astrocytes in vitro become activated by low glucose and are in vivo this activation increases gastric emptying to increase digestion. Blood–brain barrier: The astrocyte end feet encircling endothelial cells were thought to aid in the maintenance of the blood–brain barrier, and recent research indicates that they do play a substantial role, along with the tight junctions and basal lamina. However, it has recently been shown that astrocyte activity is linked to blood flow in the brain, and that this is what is actually being measured in fMRI. Transmitter uptake and release: Astrocytes express plasma membrane transporters such as glutamate transporters for several neurotransmitters, including glutamate, ATP, and GABA. More recently, astrocytes were shown to release glutamate or ATP in a vesicular, Ca2+ dependent manner. (This has been disputed for hippocampal astrocytes.) Regulation of ion concentration in the extracellular space: Astrocytes express potassium channels at a high density. When neurons are active, they release potassium, increasing the local extracellular concentration. Because astrocytes are highly permeable to potassium, they rapidly clear the excess accumulation in the extracellular space. If this function is interfered with, the extracellular concentration of potassium will rise, leading to neuronal depolarization by the Goldman equation. Abnormal accumulation of extracellular potassium is well known to result in epileptic neuronal activity. Modulation of synaptic transmission: In the supraoptic nucleus of the hypothalamus, rapid changes in astrocyte morphology have been shown to affect heterosynaptic transmission between neurons. In the hippocampus, astrocytes suppress synaptic transmission by releasing ATP, which is hydrolyzed by ectonucleotidases to yield adenosine. Adenosine acts on neuronal adenosine receptors to inhibit synaptic transmission, thereby increasing the dynamic range available for LTP. Vasomodulation: Astrocytes may serve as intermediaries in neuronal regulation of blood flow. Promotion of the myelinating activity of oligodendrocytes: Electrical activity in neurons causes them to release ATP, which serves as an important stimulus for myelin to form. However, the ATP does not act directly on oligodendrocytes. Instead, it causes astrocytes to secrete cytokine leukemia inhibitory factor (LIF), a regulatory protein that promotes the myelinating activity of oligodendrocytes. This suggests that astrocytes have an executive coordinating role in the brain. Nervous system repair: Upon injury to nerve cells within the central nervous system, astrocytes fill up the space to form a glial scar, and may contribute to neural repair. The role of astrocytes in CNS regeneration following injury is not well understood though. The glial scar has traditionally been described as an impermeable barrier to regeneration, thus implicating a negative role in axon regeneration. However, recently, it was found through genetic ablation studies that astrocytes are actually required for regeneration to occur. More importantly, the authors found that the astrocyte scar is actually essential for stimulated axons (that axons that have been coaxed to grow via neurotrophic supplementation) to extend through the injured spinal cord. expression, a definition still under debate) may actually be toxic to neurons, releasing signals that can kill neurons. Much work, however, remains to elucidate their role in nervous system injury. Long term potentiation: Scientists debate whether astrocytes integrate learning and memory in the hippocampus. Recently it has been shown that engrafting human glial progenitor cell in the nascent mice brains will cause the cells to differentiate into astrocytes. After differentiation these cells increase LTP and improve memory performance in the mice. Circadian clock: Astrocytes alone are sufficient to drive the molecular oscillations in the SCN and circadian behavior in mice, and thus can autonomously initiate and sustain complex mammalian behavior. The switch of the nervous system: Based on the evidence listed below, it has been recently conjectured in, that macro glia (and astrocytes in particular) act both as a lossy neurotransmitter capacitor and as the logical switch of the nervous system. I. e., macroglia either block or enable the propagation of the stimulus along the nervous system, depending on their membrane state and the level of the stimulus. + Evidence supporting the switch and lossy capacitor role of glia as suggested in Electrophysiological evidence A negative wave appears when the stimulus level crosses a certain threshold. The shape of the electrophysiological response is different and has the opposite polarity compared to the characteristic neural response, suggesting that cells other than neurons might be involved. Psychophysical evidence The negative electrophysiological response is accompanied with all or none actions. A moderate negative electrophysiological response appears in conscious logical decisions such as perception tasks. An intense sharp negative wave appear in epileptic seizures and during reflexes. Astrocytes are linked by gap junctions, creating an electrically coupled (functional) syncytium. Because of this ability of astrocytes to communicate with their neighbors, changes in the activity of one astrocyte can have repercussions on the activities of others that are quite distant from the original astrocyte. An influx of Ca2+ ions into astrocytes is the essential change that ultimately generates calcium waves. Because this influx is directly caused by an increase in blood flow to the brain, calcium waves are said to be a kind of hemodynamic response function. An increase in intracellular calcium concentration can propagate outwards through this functional syncytium. Mechanisms of calcium wave propagation include diffusion of calcium ions and IP3 through gap junctions and extracellular ATP signalling. Calcium elevations are the primary known axis of activation in astrocytes, and are necessary and sufficient for some types of astrocytic glutamate release. Given the importance of calcium signaling in astrocytes, tight regulatory mechanisms for the progression of the spatio temporal calcium signaling have been developed. Via mathematical analysis it has been shown that localized inflow of Ca2+ ions yields a localized raise in the cytosolic concentration of Ca2+ ions. Moreover, cytosolic Ca2+ accumulation is independent of every intracellular calcium flux and depends on the Ca2+ exchange across the
membrane, cytosolic calcium diffusion, geometry of the cell, extracellular calcium perturbation, and initial concentrations. and, upon activation, release a multitude of neuroactive molecules such as glutamate, ATP, nitric oxide (NO), and prostaglandins (PG), which in turn influences neuronal excitability. The close association between astrocytes and presynaptic and postsynaptic terminals as well as their ability to integrate synaptic activity and release neuromodulators has been termed the tripartite synapse.

Астроцитомалар

Астроцитомалар – астроциттерден пайда болатын бас сүйегінің алғашқы ісіктері. Глиальды алғашқы жасушалар немесе нейрондық шектеулі жасушалар да астроцитомаларға әкелуі мүмкін. Бұл ісіктер мидың және/немесе жұлынның көптеген бөліктерінде кездесуі мүмкін. Астроцитомалар екі санатқа бөлінеді: төмен дәрежелі (I және II) және жоғары дәрежелі (III және IV). Төмен дәрежелі ісіктер балаларда жиірек, ал жоғары дәрежелі ісіктер ересектерде жиірек кездеседі. Қатерлі астроцитомалар ерлер арасында көбірек таралған, бұл олардың өмір сүру ұзақтығына кері әсер етеді. Пилоциттік астроцитомалар I дәрежелі ісіктер болып табылады. Олар қатерсіз және баяу өсетін ісіктер саналады. Пилоциттік астроцитомалар көбінесе сұйықтыққа толы цистикалық бөліктері мен қатты бөлік болып табылатын түйініне ие. Олардың көпшілігі мишықта орналасқан. Сондықтан, көптеген симптомдар тепе-теңдік немесе координацияның бұзылуымен байланысты. Фибрилляциялық астроцитомалар II дәрежелі ісіктер болып табылады. Олар салыстырмалы түрде баяу өседі, сондықтан әдетте қатерсіз деп есептеледі, бірақ олар айналасындағы сау тіндерге сіңіп, қатерліге айналуы мүмкін. Фибрилляциялық астроцитомалар көбінесе жас адамдарда кездеседі, олар көбінесе құрысулармен келеді.

Созылмалы ауырсыну

Қалыпты жағдайда, ауырсынудың таралуы зиянды сигналмен басталады, одан кейін ноцицептивті (ауырсынуды сезгіш) афферентті нейрондар арқылы тасымалданатын әрекет потенциалы пайда болады, ол омыртқаның арқалық мүйізінде қоздырғыш постсинаптикалық потенциалдарды (EPSP) тудырады. Бұл хабарлама ми қабығына жіберіледі, онда біз осы EPSP-ны "ауырсыну" деп қабылдаймыз. Астроциттердің нейрондық сигналдасуын анықтағаннан бері ауырсынудың таралуын түсінуіміз күрделенді. Ауырсынуды өңдеу енді денеден миға қайталанатын сигнал ретінде емес, түрлі факторлармен жоғары және төмен реттелетін күрделі жүйе ретінде қарастырылады. Соңғы зерттеулердің алдыңғы қатарында омыртқаның арқалық мүйізінде орналасқан ауырсынуды күшейтетін синапс және осы синапстарды капсулалаудағы астроциттердің рөлі тұр. Гаррисон және әріптестері алғаш рет омыртқаның арқалық мүйізіндегі астроциттердің гипертрофиясы мен шеттік жүйке зақымдануынан кейінгі ауырсынуға жоғары сезімталдық арасындағы байланысты ұсынды, бұл зақымданудан кейін глиальдық белсенділіктің көрсеткіші деп есептеледі. Астроциттер нейрондық белсенділікті анықтайды және синапстық белсенділікті басқаратын химиялық трансмиттерлерді босатады. Бұрын, гипералгезия Р заты және глютамат сияқты қоздырғыш аминқышқылдарының (EAA) омыртқаның арқалық мүйізіндегі пресинаптикалық афференттік жүйке терминалдарынан босатылуымен реттеледі деп есептелген. Одан кейін АМРА (α-амино-3-гидрокси-5-метил-4-изоксазолпропион қышқылы), НМДА (N-метил-D-аспартат) және каинаттың ионотроптық глутамат рецепторларының субтиптерінің белсенділігі жүреді. Осы рецепторлардың белсенділігі омыртқа арқылы ауырсыну сигналын күшейтеді. Бұл идея дұрыс болғанымен, ауырсынуды беруді тым қарапайымдау болып табылады. Кальцитонин геніне байланысты пептид (CGRP), аденозин трифосфаты (ATP), мидан туындаған нейротрофикалық фактор (BDNF), соматостатин, вазоактивті ішек пептиді (VIP), галанин және вазопрессин сияқты көптеген басқа нейротрансмиттерлер мен нейромодуляторлар зиянды стимулдарға жауап ретінде синтезделіп, босатылады. Бұл реттегіш факторлардан басқа, ауырсынуды жеткізетін нейрондар мен омыртқаның арқалық мүйізіндегі басқа нейрондар арасындағы өзара әрекеттесулер де ауырсыну жолдарына қосымша әсер етеді.

Under normal conditions, pain conduction begins with some noxious signal followed by an action potential carried by nociceptive (pain sensing) afferent neurons, which elicit excitatory postsynaptic potentials (EPSP) in the dorsal horn of the spinal cord. That message is then relayed to the cerebral cortex, where we translate those EPSPs into "pain". Since the discovery of astrocyte neuron signaling, our understanding of the conduction of pain has been dramatically complicated. Pain processing is no longer seen as a repetitive relay of signals from body to brain, but as a complex system that can be up and down regulated by a number of different factors. One factor at the forefront of recent research is in the pain potentiating synapse located in the dorsal horn of the spinal cord and the role of astrocytes in encapsulating these synapses. Garrison and co workers were the first to suggest association when they found a correlation between astrocyte hypertrophy in the dorsal horn of the spinal cord and hypersensitivity to pain after peripheral nerve injury, typically considered an indicator of glial activation after injury. Astrocytes detect neuronal activity and can release chemical transmitters, which in turn control synaptic activity. In the past, hyperalgesia was thought to be modulated by the release of substance P and excitatory amino acids (EAA), such as glutamate, from the presynaptic afferent nerve terminals in the spinal cord dorsal horn. Subsequent activation of AMPA (α amino 3 hydroxy 5 methyl 4 isoxazole propionic acid), NMDA (N methyl D aspartate) and kainate subtypes of ionotropic glutamate receptors follows. It is the activation of these receptors that potentiates the pain signal up the spinal cord. This idea, although true, is an oversimplification of pain transduction. A litany of other neurotransmitter and neuromodulators, such as calcitonin gene related peptide (CGRP), adenosine triphosphate (ATP), brain derived neurotrophic factor (BDNF), somatostatin, vasoactive intestinal peptide (VIP), galanin, and vasopressin are all synthesized and released in response to noxious stimuli. In addition to each of these regulatory factors, several other interactions between pain transmitting neurons and other neurons in the dorsal horn have added impact on pain pathways.

Қиындықтың екі түрі

Шекті түрде перифериялық тінді зақымдағаннан кейін зақымдалған тінден және жұлынның арқа мүйізінен бірнеше факторлар бөлінеді. Бұл факторлар арқа мүйізінің ауырсыну проекциялайтын нейрондарының кейін пайда болатын стимулдарға сезімталдығын арттырады, бұл "жұлындық сезімталдану" деп аталады, соның салдарынан миға ауырсыну импульсі күшейеді. Глутамат, P заты және кальцитонин геніне байланысты пептид (CGRP) NMDAR-дың (бастапқыда үнсіз, себебі ол Mg2+ арқылы бітелген) белсендірілуін қамтамасыз етеді, осылайша постсинаптикалық ауырсынуды жеткізетін нейрондардың (PTN) деполяризациясына көмектеседі. Сонымен қатар, IP3 сигналдануы және ERK және JNK сияқты MAPK (митогенге белсендірілген протеинкиназалар) глутамат тасымалдаушысының жұмысын өзгертетін қабыну факторларының синтезін арттырады. ERK сондай-ақ нейрондардағы AMPAR және NMDAR-ларды қосымша белсендіреді. Ноцицепция АТФ және P затының тиісті рецепторларымен (P2X3) және нейрокинин 1 рецепторымен (NK1R) байланысу арқылы, сондай-ақ метаботроптық глутамат рецепторларының белсендірілуі және BDNF-нің бөлінуі арқылы сезімталданады. Синапстағы глутаматтың тұрақты болуы GLT1 және GLAST-тың бұзылуына әкеледі, олар глутаматты астроциттерге тасымалдауда маңызды рөл атқарады. Ұдайы стимуляция ERK және JNK белсенділігін де тудырады, нәтижесінде бірнеше қабыну факторлары бөлінеді. Зыянды ауырсынудың созылуы жұлындық сезімталданудың арқа мүйізінің нейрондарында транскрипциялық өзгерістерге алып келеді, бұл ұзақ мерзімді функционалдық өзгерістерге әкеледі. Ішкі резервтерден Ca2+ мобилизациясы тұрақты синаптық белсенділіктің нәтижесінде пайда болады және глутамат, АТФ, ісік некрозы факторы α (TNF α), интерлейкин 1β (IL 1β), IL 6, азот оксиді (NO) және простагландин E2 (PGE2) бөлінуіне себеп болады. Белсенді астроциттер де матрицалық металлопротеиназа 2 (MMP2) көзі болып табылады, ол IL 1β пролипасын индукциялайды және астроциттердің белсенділігін сақтайды. Бұл созылмалы сигналдық жолда p38 IL 1β сигналдануының нәтижесінде белсендіріледі және олардың рецепторларын белсендіруге шақыратын хемокиндер пайда болады. Нерв зақымдануына жауап ретінде жылулық шок ақуыздары (HSP) бөлінеді және олардың тиісті TLR-ларымен байланысады, бұл одан әрі белсендіруге алып келеді.

After persistent peripheral tissue damage there is a release of several factors from the injured tissue as well as in the spinal dorsal horn. These factors increase the responsiveness of the dorsal horn pain projection neurons to ensuing stimuli, termed "spinal sensitization", thus amplifying the pain impulse to the brain. Release of glutamate, substance P, and calcitonin gene related peptide (CGRP) mediates NMDAR activation (originally silent because it is plugged by Mg2+), thus aiding in depolarization of the postsynaptic pain transmitting neurons (PTN). In addition, activation of IP3 signaling and MAPKs (mitogen activated protein kinases) such as ERK and JNK, bring about an increase in the synthesis of inflammatory factors that alter glutamate transporter function. ERK also further activates AMPARs and NMDARs in neurons. Nociception is further sensitized by the association of ATP and substance P with their respective receptors (P2X3) and neurokinin 1 receptor (NK1R), as well as activation of metabotropic glutamate receptors and release of BDNF. Persistent presence of glutamate in the synapse eventually results in dysregulation of GLT1 and GLAST, crucial transporters of glutamate into astrocytes. Ongoing excitation can also induce ERK and JNK activation, resulting in release of several inflammatory factors. As noxious pain is sustained, spinal sensitization creates transcriptional changes in the neurons of the dorsal horn that lead to altered function for extended periods. Mobilization of Ca2+ from internal stores results from persistent synaptic activity and leads to the release of glutamate, ATP, tumor necrosis factor α (TNF α), interleukin 1β (IL 1β), IL 6, nitric oxide (NO), and prostaglandin E2 (PGE2). Activated astrocytes are also a source of matrix metalloproteinase 2 (MMP2), which induces pro IL 1β cleavage and sustains astrocyte activation. In this chronic signaling pathway, p38 is activated as a result of IL 1β signaling, and there is a presence of chemokines that trigger their receptors to become active. In response to nerve damage, heat shock proteins (HSP) are released and can bind to their respective TLRs, leading to further activation.

Басқа патологиялар

Астроциттерге қатысты басқа да клиникалық маңызды патологиялар астроглиоз және астроцитопатияны қамтиды. Мысалдарға көптеген склероз, анти-AQP4+ оптикалық нейромиелит, Расмуссен энцефалиті, Александр ауруы және амиотрофиялық бүйірлік склероз жатады. Зерттеулер астроциттердің Альцгеймер ауруы, Паркинсон ауруы, Хантингтон ауруы, сөйлеудің кедір-бұдыры және амиотрофиялық бүйірлік склероз сияқты нейродегенеративті ауруларға, сондай-ақ мидың жедел зақымдануына, мысалы, ми ішілік қан құйылу және бас травмасына қатысуы мүмкін екенін көрсетті.

Гомори- оң астроциттер мен мидың бұзылуы

Соңғы 50 жыл ішінде қартаюмен байланысты патологиясы бар астроциттердің бір түрі сипатталды. Осы субтиптің астроциттері Гоморидің хромды алюминий гематоксилиндік бояуымен күшті боялатын айқын цитоплазмалық түйіршіктерге ие, сондықтан олар Гомори оң (GP) астроциттері деп аталады. Олар мидың барлық аймақтарында кездеседі, бірақ ең көп иіс сезу түйіршіктерінде, медиальді хабенулада, гиппокамптың тісті гирусында, гипоталамустың доға тәрізді ядросында және дорсальді медуллада, area postrema аймағының астында табылсады. Гомори оң цитоплазмалық түйіршіктер лизосомаларға енген зақымдалған митохондриялардан пайда болады. Цитоплазмалық түйіршіктерде митохондриялық құрылымдардың толыққанды қорытылмаған қалдықтары бар. Бұл құрамға митохондриялық ферменттерден қалған гемоглобинмен байланысқан мыс және темір атомдары кіреді. Осы химиялық заттар Гомори оң түйіршіктердің псевдопероксидаза активтілігін қамтамасыз етеді, осы түйіршіктерді бояу үшін қолданылады. Окислик стресс осы астроциттердің зақымдануына себеп болатыны есептеледі. Дегенмен, осы стрестің нақты табиғаты әлі белгісіз. Гомори оң астроциттерге бай ми аймақтарында майлы қышқылдарды байланыстыратын ақуыз 7 (FABP7) синтездейтін арнайы астроциттердің қосалқы популяциясы да бар. Шындығында, гипоталамуста FABP7 синтездейтін астроциттерде де Гомори оң түйіршіктердің болуы көрсетілді. Осылайша, осы екі глиальды белгінің арасында байланыс бар екені анық көрінеді. Жақында алынған деректер астроциттерде, бірақ емес нейрондарда, майлы қышқылдарды метаболизмдеуге қажетті митохондриялық ферменттер бар екенін және осы процесте туындайтын окислик стресс митохондрияларға зақым келтіретінін көрсетті. Сондықтан, FABP7 бар глияда майлы қышқылдардың жоғары деңгейде сіңірілуі және окидануы окислик стресті және осы жасушалардағы митохондриялардың зақымдануын тудыруы мүмкін. Сонымен қатар, FABP ақуыздарының митохондриялық зақымдануға себеп болатын синуклеин деп аталатын ақуызбен өзара әрекеттесетіні жақында дәлелденді.

Патофизиологиядағы ықтимал рөлдері

Астроциттер митохондрияны жақын орналасқан нейрондарға беру арқылы нейрондық функцияларды жақсарта алады. Сондықтан, GP астроциттерінде байқалатын митохондрия зақымдануы нейрондардың активтілігіне әсер етуі мүмкін. Гипоталамус функцияларының бірқатары қартаю кезінде төмендеуі мүмкін, бұл GP астроциттерімен байланысты болуы мүмкін. Мысалы, GP астроциттері егеуқұйрық және адам гипоталамусында дофамин деп аталатын нейротрансмиттерді шығаратын нейрондармен тығыз байланыста болады. Бұл нейрондардың өндірген дофамині жақын орналасқан гипофиз безіне жеткізіледі, ол гипофиз безінен пролактин деп аталатын гормонның бөлінуін тежейді. Допаминергиялық нейрондардың активтілігі қартаюмен төмендегенде, қандағы пролактин деңгейінің жоғарылауына әкеледі, бұл сүт безінің қатерлі ісігіне себеп болуы мүмкін. Допаминергиялық активтіліктің өзгеруіне астроциттердің функциясының қартаюмен байланысты өзгеруі ықпал етуі мүмкін. FABP7+ астроциттері май жасушалары өндіретін лептин деп аталатын гормонға жауап беретін гипоталамустың доға тәрізді ядросындағы нейрондармен тығыз байланыста болады. Лептинге сезімтал нейрондар аштықты және дене салмағын реттейді. FABP7+ астроциттері осы нейрондардың лептинге жауап беруін реттейді. Осы астроциттердегі митохондриялық зақымдану лептинге сезімтал нейрондардың функциясын өзгерте алады және қартаюмен байланысты аштық пен дене салмағының бұзылуына әкелуі мүмкін. GP астроциттері жалпы глюкоза метаболизмін гипоталамустың реттеуіне де қатысуы мүмкін. Жақындағы зерттеулер астроциттердің глюкоза сенсорлары ретінде жұмыс істейтінін және клеткадан тыс глюкоза деңгейінің өзгеруіне нейрондық реакцияға күшті әсер ететінін көрсетті. GP астроциттері GLUT2 типіндегі глюкоза тасымалдаушы белоктарының жоғары сыйымдылығына ие және нейронның глюкозаға жауабын модуляциялайды. Гипоталамус жасушалары қандағы глюкоза деңгейін бақылайды және бауыр мен бұлшықет жасушаларын иннервациялайтын автономды тізбектерге енгізілген өзгерістер арқылы қандағы глюкоза деңгейіне әсер етеді. Глюкоза метаболизміндегі қартаюмен байланысты бұзылыстарда астроциттердің маңыздылығы диабетпен ауыратын жануарларға жасалған зерттеулермен көрсетілді. Гипоталамусқа фибробласт өсу факторы 1 деп аталатын белокты бір рет енгізу диабетке шалдыққан кеміргіштерде қандағы глюкоза деңгейін тұрақты түрде қалыпқа келтіруге мүмкіндік береді. Бұл диабетті емдеудің тамаша тәсілі астроциттер арқылы жүзеге асырылады. FGF 1 емдеуімен белсендірілген ең маңызды гендер астроциттерде FABP6 және FABP7 синтезіне жауапты гендерді қамтиды. Бұл деректер FABP7+ астроциттерінің қандағы глюкозаны бақылаудағы маңыздылығын растайды. FABP7+/Gomori оң астроциттерінің дисфункциясы қартаюмен байланысты қант диабетінің дамуына ықпал етуі мүмкін. GP астроциттері кеміргіштер мен адамдардың миындағы гиппокамптың тісті гирусында да кездеседі. Альцгеймер ауруы кезінде гиппокамп қартаю кезінде ауыр дегенеративті өзгерістерге ұшырайды. Бұл дегенеративті өзгерістердің себептері қазіргі уақытта қызу талқылауда. Жақында жүргізілген зерттеулер Альцгеймер ауруында нейрондық белоктар емес, глиальды белоктар деңгейінің ең көп өзгеретінін көрсетті. Ең көп зардап шеккен глиальды белок - FABP5. Тағы бір зерттеуде FABP7 қамтитын гиппокамп астроциттерінің 100% -ында FABP5 бар екені анықталды. Бұл деректер FABP7+/Gomori оң астроциттері Альцгеймер ауруында рөл атқаруы мүмкін екенін көрсетеді. Бұл аймақтағы глиальды функцияның өзгеруі тісті гирус нейрондарының және тісті гирусқа аяқталатын аксондардың функциясын нашарлатуы мүмкін. Мұндай аксондардың көпшілігі жақтаудағы энторинальді қабықтан шығады, бұл Альцгеймер ауруында дегенерацияны бірінші болып көрсететін ми аймағы. Гиппокамптағы астроциттердің патологиясы Альцгеймер ауруының патологиясына үлес қосуы мүмкін.

Astrocytes can transfer mitochondria into adjacent neurons to improve neuronal function. It is therefore plausible that the damage to astrocyte mitochondria seen in GP astrocytes could affect the activity of neurons. A number of hypothalamic functions show declines in aging that may be related to GP astrocytes. For example, GP astrocytes are in close contact with neurons that make a neurotransmitter called dopamine in both the rat and human hypothalamus. The dopamine produced by these neurons is carried to the nearby pituitary gland to inhibit the release of a hormone called prolactin from the pituitary. The activity of dopaminergic neurons declines during aging, leading to elevations in blood levels of prolactin that can provoke breast cancer. An aging associated change in astrocyte function might contribute to this change in dopaminergic activity. FABP7+ astrocytes are in close contact with neurons in the arcuate nucleus of the hypothalamus that are responsive to a hormone called leptin that is produced by fat cells. Leptin sensitive neurons regulate appetite and body weight. FABP7+ astrocytes regulate the responsiveness of these neurons to leptin. Mitochondrial damage in these astrocytes could thus alter the function of leptin sensitive neurons and could contribute to an aging associated dysregulation of feeding and body weight. GP astrocytes may also be involved in the hypothalamic regulation of overall glucose metabolism. Recent data show that astrocytes function as glucose sensors and exert a commanding influence upon neuronal reactivity to changes in extracellular glucose. GP astrocytes possess high capacity GLUT2 type glucose transporter proteins and appear to modulate the neuronal responses to glucose. Hypothalamic cells monitor blood levels of glucose and exert an influence upon blood glucose levels via an altered input to autonomic circuits that innervate liver and muscle cells. The importance of astrocytes in aging related disturbances in glucose metabolism has been recently illustrated by studies of diabetic animals. A single infusion of a protein called fibroblast growth factor 1 into the hypothalamus has been shown to permanently normalize blood glucose levels in diabetic rodents. This remarkable cure of diabetes mellitus is mediated by astrocytes. The most prominent genes activated by FGF 1 treatment include the genes responsible for the synthesis of FABP6 and FABP7 by astrocytes. These data confirm the importance of FABP7+ astrocytes for the control of blood glucose. Dysfunction of FABP7+/Gomori positive astrocytes may contribute to the aging related development of diabetes mellitus. GP astrocytes are also present in the dentate gyrus of the hippocampus in both rodent and human brains. The hippocampus undergoes severe degenerative changes during aging in Alzheimer's disease. The reasons for these degenerative changes are currently being hotly debated. A recent study has shown that levels of glial proteins, and NOT neuronal proteins, are most abnormal in Alzheimer's disease. The glial protein most severely affected is FABP5. Another study showed that 100% of hippocampal astrocytes that contain FABP7 also contain FABP5. These data suggest that FABP7+/Gomori positive astrocytes may play a role in Alzheimer's disease. An altered glial function in this region could compromise the function of dentate gyrus neurons and also the function of axons that terminate in the dentate gyrus. Many such axons originate in the lateral entorhinal cortex, which is the first brain region to show degeneration in Alzheimer's disease. Astrocyte pathology in the hippocampus thus might make a contribution to the pathology of Alzheimer's disease.

Зерттеу

2010 жылдың қарашасында жүргізілген және 2011 жылдың наурыз айында жарияланған зерттеуді Рочестер университеті мен Колорадо университетінің медицина мектебінің ғалымдары жасады. Олар тәжірибе жасап, ересек тышқанның орталық жүйке жүйесіндегі жарақатты глиальды жасушаларды алмастыру арқылы қалпына келтіруге тырысты. Глиальды жасушалар ересек тышқанның омыртқа миының зақымдануына енгізілген кезде, адам глиальды прекурсорлық жасушаларын сүйек морфогенетикалық ақуызымен (сүйек морфогенетикалық ақуыз маңызды, өйткені ол денедегі тіндердің құрылымын қалыптастырады деп есептеледі) әсер ету арқылы астроциттерге айналдырды. Сүйек протеині мен адам глиальды жасушаларын біріктіргенде, олар аяқтардың дұрыс орналасуын қалпына келтіруге, аксондардың өсуіне және омыртқа миының қабыршақтарындағы нейрондардың тірі қалу деңгейінің артуына ықпал етті. Ал, адам глиальды прекурсорлық жасушалары мен осы жасушалардан пайда болған астроциттер цилиарлық нейротрофтық факторлармен байланысқа түскенде, жарақат орнында нейрондардың тірі қалуын және аксондардың өсуін қолдауға қабілетсіз болды. Шанхайда жүргізілген зерттеуде гиппокамп нейрондарының екі түрі зерттелді: бір мәдениетте нейрон астроциттер қабатынан өсірілді, ал екінші мәдениетте астроциттермен байланыс болмады, олардың орнына глиальды шартталған орта (GCM) берілді, ол көп жағдайда тышқанның миында өсірілген астроциттердің тез өсуін тежейді. Нәтижелер көрсеткендей, астроциттер ұзақ мерзімді потенциацияда тікелей рөл атқарады, бірақ бұл тек астроциттер қабатынан өсірілген мәдениетте байқалды, GCM мәдениеттерінде емес. Зерттеулер астроциттердің жүйкелік шешімдік жасушаларды реттеуде маңызды рөл атқаратынын көрсетті. Гарвардтағы Шеппенс көз зерттеу институтының зерттеулері адам миында көптеген нейрондық шешімдік жасушалар бар екенін көрсетті, олар астроциттерден келетін химиялық сигналдар (эфрин А2 және эфрин А3) арқылы ұйыққан күйде сақталады. Астроциттер эфрин А2 және эфрин А3 бөлінуін тежеу арқылы шешімдік жасушаларды белсендіріп, оларды жұмыс істейтін нейрондарға айналдыра алады. 2011 жылы Nature Biotechnology журналында жарияланған зерттеуде Висконсин университетінің зерттеушілер тобы эмбрионалды және шақырылған адам шешімдік жасушаларын астроциттерге айналдыра алатынын хабарлады. 2012 жылы марихуананың қысқа мерзімді естелікке әсерін зерттеу барысында ТГК астроциттердің CB1 рецепторларын белсендіретіні анықталды, бұл байланысты нейрондардың мембраналарынан AMPA рецепторларын алып тастауға әкелді. 2023 жылғы зерттеулер астроциттердің Альцгеймер ауруында да белсенді рөл атқаратынын көрсетті. Астроциттер белсенділікке келгенде, бета-амилоидтың патологиялық әсерін күшейтіп, тау тегінің төменгі бөлігінде фосфорилирленуіне және жиналуына ықпал етеді, бұл когнитивтік нашарлауға әкелуі мүмкін. Сондай-ақ 2023 жылы орталық жүйке жүйесінде глютаматергиялық глиотрансмиссияны жүзеге асыратын мамандандырылған астроциттердің ашылғаны туралы хабарланды.

A study performed in November 2010 and published March 2011, was done by a team of scientists from the University of Rochester and University of Colorado School of Medicine. They did an experiment to attempt to repair trauma to the Central Nervous System of an adult rat by replacing the glial cells. When the glial cells were injected into the injury of the adult rat's spinal cord, astrocytes were generated by exposing human glial precursor cells to bone morphogenetic protein (bone morphogenetic protein is important because it is considered to create tissue architecture throughout the body). So, with the bone protein and human glial cells combined, they promoted significant recovery of conscious foot placement, axonal growth, and obvious increases in neuronal survival in the spinal cord laminae. On the other hand, human glial precursor cells and astrocytes generated from these cells by being in contact with ciliary neurotrophic factors, failed to promote neuronal survival and support of axonal growth at the spot of the injury. One study done in Shanghai had two types of hippocampal neuronal cultures: In one culture, the neuron was grown from a layer of astrocytes and the other culture was not in contact with any astrocytes, but they were instead fed a glial conditioned medium (GCM), which inhibits the rapid growth of cultured astrocytes in the brains of rats in most cases. In their results they were able to see that astrocytes had a direct role in Long term potentiation with the mixed culture (which is the culture that was grown from a layer of astrocytes) but not in GCM cultures. Studies have shown that astrocytes play an important function in the regulation of neural stem cells. Research from the Schepens Eye Research Institute at Harvard shows the human brain to abound in neural stem cells, which are kept in a dormant state by chemical signals (ephrin A2 and ephrin A3) from the astrocytes. The astrocytes are able to activate the stem cells to transform into working neurons by dampening the release of ephrin A2 and ephrin A3. In a study published in a 2011 issue of Nature Biotechnology a group of researchers from the University of Wisconsin reports that it has been able to direct embryonic and induced human stem cells to become astrocytes. A 2012 study of the effects of marijuana on short term memories found that THC activates CB1 receptors of astrocytes which cause receptors for AMPA to be removed from the membranes of associated neurons. A 2023 study showed that astrocytes also play an active role in Alzheimer's disease. More specifically, when astrocytes became reactive they unleash the pathological effects of amyloid beta on downstream tau phosphorylation and deposition, which very likely will lead to cognitive deterioration. Also in 2023, the discovery of specialized astrocytes that mediate glutamatergic gliotransmission in the central nervous system was announced.

Жіктеу

Астроциттерді жіктеудің бірнеше әртүрлі тәсілдері бар.

Ұрпақ және антигендік фенотип

Бұл Raff және тағы басқалардың 1980 жылдардың басындағы егеуқұйрықтардың көру жүйкесі бойынша жасаған классикалық жұмыстарымен анықталды. 1-тип: Антигендік Ran2+, GFAP+, FGFR3+, A2B5−, осылайша, туғаннан кейінгі 7-күндік егеуқұйрық көру жүйкесінің "1-типті астроцитіне" ұқсайды. Бұл трипотенциалды глиалдық шектелген прекурсорлық жасушалардан (ГРП) пайда болуы мүмкін, бірақ бипотенциалды O2A/OPC (олигодендроцит, 2-типті астроцит прекурсоры, сондай-ақ олигодендроцит прогенеторлық жасушасы деп аталады) жасушаларынан пайда болмайды. 2-тип: Антигендік A2B5+, GFAP+, FGFR3−, Ran 2−. Бұл жасушалар in vitro трипотенциалды ГРП-ден (мүмкін, O2A сатысы арқылы) немесе бипотенциалды O2A жасушаларынан (кейбір мамандар олардың GRP-ден туындаған болуы мүмкін деп санайды) немесе in vivo бұл прогенеторлық жасушалар зақымдалған жерлерге трансплантацияланған кезде дами алады (бірақ, кем дегенде егеуқұйрық көру жүйкесінде, қалыпты даму кезінде емес). 2-типті астроциттер – ұрықтан кейінгі көру жүйкесінің культурасындағы негізгі астроциттік компонент, олар ұрықтық бұзау сарысуының қатысуымен өсірілген O2A жасушаларынан пайда болады, бірақ in vivo кездеспейді деп есептеледі.

Анатомиялық жіктеме

Протоплазмалық: сұр заттан табылған және көптеген тармақталған процестерге ие, олардың ұштары синапстарды қоршайды. Кейбір протоплазмалық астроциттер көптеген потенциалды субвентрикулярлық аймақ прогенеторлық жасушаларынан пайда болады. Гомери оң астроциттері. Бұл – көптеген цитоплазмалық инклюзияларды немесе түйіршіктерді қамтитын протоплазмалық астроциттердің кіші тобы, олар Гомеридің хромды алюм гематоксилинмен оң боялады. Қазіргі кезде бұл түйіршіктер лизосомаларға енген дегенерацияланған митохондриялардың қалдықтарынан түзілетіні белгілі болды. Осы мамандандырылған астроциттердегі митохондриялық зақымдануға окислик стрестің белгілі бір түрі жауапты болуы мүмкін. Гомери оң астроциттері мидың басқа аймақтарына қарағанда гипоталамустың аркалық ядросында және гиппокампта әлдеқайда көп. Олар гипоталамустың глюкозаға реакциясын реттеуде қатысуы мүмкін. Талшықты: ақ затта кездеседі және ұзын, жұқа, тармақталмаған процестерге ие, олардың ұштары Ранвье түйіндерін қамтиды. Кейбір талшықты астроциттер радиалдық глиядан пайда болады.

Тасымалдаушы/қабылдаушы сыныптамасы

Глутат түрі: бұл глютамат тасымалдаушыларын (EAAT1/ және EAAT2/) экспресс жасайды және глютаматтың синаптикалық босатылуына тасымалдаушы тоқтар арқылы жауап береді. EAAT2 функциясы мен қолжетімділігі адам астроциттеріндегі ішкі жасушалық рецептор TAAR1 арқылы реттеледі. GluR түрі: бұл глютамат рецепторларын (көбінесе mGluR және AMPA түрі) экспресс жасайды және глютаматтың синаптикалық босатылуына канал арқылы жүзеге асырылатын тоқтар және IP3-ге тәуелді Ca2+ транзиенттері арқылы жауап береді.