Resumen: Los investigadores han identificado un mecanismo clave que detecta cuándo el cerebro necesita un impulso de energía, en el que participan los astrocitos y la molécula de adenosina. Este descubrimiento podría conducir a nuevas terapias para mantener la salud cerebral y la longevidad, en particular para combatir el deterioro cognitivo y las enfermedades neurodegenerativas.

El estudio encontró que los astrocitos monitorean la actividad neuronal y activan las vías de suministro de energía, asegurando una función cerebral eficiente. Este avance abre el camino a posibles tratamientos para enfermedades como el Alzheimer.

Reflejos:

1. Los astrocitos desempeñan un papel crucial en el suministro de energía a las neuronas durante actividades de alta demanda.
2. La molécula de adenosina es esencial para activar el metabolismo de la glucosa de los astrocitos.
3. La interrupción de este mecanismo de estimulación energética perjudica la función cerebral, la memoria y el sueño.

Fuente: UCL

En un estudio con ratones y células dirigido por científicos de la UCL se ha identificado un mecanismo clave que detecta cuándo el cerebro necesita energía adicional para respaldar su actividad.

Los científicos dicen que sus hallazgos, publicados en Naturalezapodría informar nuevas terapias para mantener la salud y la longevidad del cerebro, ya que otros estudios han demostrado que el metabolismo energético del cerebro puede alterarse en etapas avanzadas de la vida y contribuir al deterioro cognitivo y al desarrollo de enfermedades neurodegenerativas.

El profesor Alexander Gourine (Neurociencia, Fisiología y Farmacología de la UCL), autor principal del estudio, dijo: «Nuestro cerebro está formado por miles de millones de células nerviosas, que trabajan juntas para coordinar muchas funciones y llevar a cabo tareas complejas como controlar los movimientos, aprender y la formación de recuerdos. Todos estos cálculos consumen mucha energía y requieren un suministro ininterrumpido de nutrientes y oxígeno. »

“Cuando nuestros cerebros están más activos, como cuando realizamos una tarea mentalmente exigente, nuestros cerebros necesitan un impulso de energía inmediato, pero los mecanismos exactos que aseguran el suministro local de la demanda de energía metabólica a las regiones activas del cerebro no se comprenden completamente. »

Investigaciones anteriores han demostrado que muchas células cerebrales llamadas astrocitos parecen desempeñar un papel en el suministro de la energía que necesitan las neuronas cerebrales. Los astrocitos, con forma de estrella, son un tipo de células gliales, células no neuronales que se encuentran en el sistema nervioso central.

Cuando las neuronas vecinas necesitan un mayor suministro de energía, los astrocitos entran en acción activando rápidamente sus propias reservas de glucosa y su metabolismo, lo que resulta en una mayor producción y liberación de lactato. El lactato complementa la reserva de energía disponible para las neuronas del cerebro.

El profesor Gourine explica: “En nuestro estudio, descubrimos cómo los astrocitos pueden monitorear el consumo de energía de las células nerviosas vecinas y desencadenar este proceso que proporciona energía química adicional a las regiones activas del cerebro. »

En una serie de experimentos utilizando modelos de ratón y muestras de células, los investigadores identificaron un conjunto de receptores específicos en los astrocitos que pueden detectar y monitorear la actividad neuronal y desencadenar una vía de señalización que involucra una molécula esencial llamada adenosina.

Los investigadores descubrieron que la vía de señalización metabólica activada por la adenosina en los astrocitos es exactamente la misma que la vía que recluta las reservas de energía en los músculos y el hígado, por ejemplo cuando hacemos ejercicio.

La adenosina activa el metabolismo de la glucosa de los astrocitos y el suministro de energía a las neuronas para garantizar que la función sináptica (neurotransmisores que transmiten señales de comunicación entre células) continúe a un ritmo sostenido en condiciones de alta demanda de energía o ingesta reducida de energía.

Los investigadores descubrieron que cuando desactivaban receptores clave de astrocitos en ratones, la actividad cerebral del animal era menos eficiente, incluidas alteraciones significativas en el metabolismo cerebral general, la memoria y alteraciones del sueño, lo que demuestra que la vía de señalización que identificaron es vital para procesos como el aprendizaje. , memoria y sueño.

El Dr. Shefeeq Theparambil, primer autor y coautor correspondiente, que inició el estudio en la UCL antes de unirse a la Universidad de Lancaster, dijo: «La identificación de este mecanismo podría tener implicaciones más amplias, ya que podría actuar como una forma de tratar enfermedades cerebrales en las que la energía cerebral es deficiente». regulados a la baja, como la neurodegeneración y la demencia. »

El profesor Gourine añade: “Sabemos que la homeostasis de la energía cerebral se altera progresivamente con el envejecimiento y que este proceso se acelera durante el desarrollo de enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad de Alzheimer.

«Nuestro estudio identifica un objetivo atractivo y farmacológico y una oportunidad terapéutica para el rescate de energía cerebral con el objetivo de proteger la función cerebral, mantener la salud cognitiva y promover la longevidad del cerebro». »

Fondos: Los investigadores contaron con el apoyo de Wellcome y en el estudio participaron científicos de la UCL, la Universidad de Lancaster, el Imperial College de Londres, el King's College de Londres, la Universidad Queen Mary de Londres, la Universidad de Bristol, la Universidad de Warwick y la Universidad de Colorado.

Sobre esta noticia sobre la investigación en neurociencia

Autor: Chris Lane
Fuente: UCL
Contactar: Chris Lane – UCL
Imagen: La imagen está acreditada a Neuroscience News.

Investigacion original: Acceso libre.
“La señalización de adenosina a los astrocitos coordina el metabolismo y la función cerebral» por Alexandre Gourine et al. Naturaleza

Abstracto

La señalización de adenosina a los astrocitos coordina el metabolismo y la función cerebral

El cálculo cerebral realizado por miles de millones de células nerviosas depende de un suministro suficiente e ininterrumpido de nutrientes y oxígeno.

Los astrocitos, vecinos gliales ubicuos de las neuronas, regulan la absorción de glucosa y el metabolismo en el cerebro, pero no se comprenden del todo los mecanismos exactos de acoplamiento metabólico entre neuronas y astrocitos que proporcionan apoyo a demanda para las necesidades de energía neuronal.

Aquí mostramos, utilizando modelos animales experimentales in vitro e in vivo, que la activación metabólica de los astrocitos dependiente de la actividad neuronal está mediada por el neuromodulador adenosina que actúa sobre los receptores astrocíticos A2B. La estimulación de los receptores A2B recluta la adenosina cíclica canónica 3',5'-monofosfato

Una vía de señalización que conduce a una rápida activación del metabolismo de la glucosa de los astrocitos y a la liberación de lactato, que complementa la reserva extracelular de sustratos energéticos fácilmente disponibles.

Los modelos experimentales de ratón que implican la eliminación condicional del gen que codifica los receptores A2B en los astrocitos han demostrado que la señalización metabólica mediada por adenosina es esencial para mantener la función sináptica, particularmente en condiciones de alta demanda de energía o ingesta reducida de energía.

La disminución de la expresión del receptor A2B en los astrocitos condujo a una importante reprogramación del metabolismo energético del cerebro, evitó la plasticidad sináptica en el hipocampo, afectó gravemente la memoria de reconocimiento y alteró el sueño.

Estos datos identifican el receptor de adenosina A2B como un sensor astrocítico de la actividad neuronal y muestran que la señalización de AMPc en los astrocitos ajusta el metabolismo energético del cerebro para respaldar sus funciones fundamentales, como el sueño y la memoria.

SpaceX lanzó otro lote de sus satélites de Internet Starlink desde Florida en las primeras horas de la mañana del miércoles (3 de julio), después de un retraso de dos horas.

Un cohete Falcon 9 que transportaba 20 satélites Starlink, incluidos 13 con capacidades de comunicación celular directa, despegó de la Estación Espacial de Cabo Cañaveral el miércoles a las 4:55 am EDT (08:55 UTC). Aunque el lanzamiento se retrasó debido a problemas técnicos, la ventana de tres horas para el despegue se abrió a las 02:57 EDT (06:01 GMT).

Durante casi 50 años, los físicos han soñado con los secretos que podrían descubrir elevando el estado energético del núcleo de un átomo mediante un láser. Este descubrimiento sustituiría los relojes atómicos actuales por un reloj nuclear que sería el reloj más preciso que jamás haya existido, permitiendo avances como la navegación y las comunicaciones en el espacio profundo. También permitiría a los científicos medir con precisión si las constantes fundamentales de la naturaleza son realmente constantes o si lo parecen simplemente porque todavía no las hemos medido con suficiente precisión.

Ahora, un proyecto liderado por Eric Hudson, profesor de física y astronomía en UCLA, ha logrado lo que parecía imposible. Enterrando un átomo de torio en un cristal muy transparente y bombardeándolo con láseres, el grupo de Hudson pudo hacer que el núcleo del átomo de torio absorbiera y emitiera fotones como los electrones de un átomo. Esta asombrosa hazaña es descrito en un artículo publicado en la revista Cartas de examen físico.

Esto significa que las mediciones del tiempo, la gravedad y otros campos que se realizan actualmente utilizando electrones atómicos se pueden realizar con mucha mayor precisión. La razón es que los electrones atómicos están influenciados por muchos factores de su entorno, lo que afecta la forma en que absorben y emiten fotones y limita su precisión. Los neutrones y los protones, por otro lado, están unidos y altamente concentrados en el núcleo y experimentan menos perturbaciones ambientales.

Con esta nueva tecnología, los científicos podrían determinar si varían las constantes fundamentales, como la constante de estructura fina que determina la intensidad de la fuerza que mantiene unidos a los átomos. Las pistas de la astronomía sugieren que la constante de estructura fina puede no ser la misma en todas partes del universo o en cualquier momento. La medición precisa de la constante de estructura fina utilizando el reloj nuclear podría reescribir por completo algunas de estas leyes más fundamentales de la naturaleza.

“Las fuerzas nucleares son tan fuertes que significan que la energía en el núcleo es un millón de veces más fuerte que la que se ve en los electrones, lo que significa que si las constantes fundamentales de la naturaleza se desvían, los cambios resultantes en el núcleo son mucho mayores y más notables. , haciendo que las mediciones sean un orden de magnitud más sensibles”, dijo Hudson.

“El uso de un reloj nuclear para estas mediciones proporcionará la prueba de 'variación constante' más sensible hasta la fecha y es probable que ningún experimento en los próximos 100 años pueda rivalizar con él. »

El grupo de Hudson fue el primero en proponer una serie de experimentos destinados a estimular núcleos de torio-229 dopados para convertirlos en cristales mediante un láser. Ha pasado los últimos 15 años trabajando para lograr los resultados publicados recientemente. Lograr que los neutrones del núcleo atómico reaccionen a la luz láser es un desafío porque están rodeados de electrones, que responden fácilmente a la luz y pueden reducir la cantidad de fotones capaces de llegar al núcleo. Una partícula que ha aumentado su nivel de energía, por ejemplo al absorber un fotón, se dice que está en un estado «excitado».

El equipo de UCLA integró átomos de torio-229 en un cristal transparente rico en flúor. El flúor puede formar enlaces particularmente fuertes con otros átomos, suspendiéndolos y exponiendo el núcleo como una mosca en una telaraña. Los electrones estaban tan fuertemente unidos al flúor que la cantidad de energía necesaria para excitarlos era muy alta, permitiendo que la luz de menor energía llegara al núcleo. Los núcleos de torio pudieron entonces absorber estos fotones y reemitirlos, lo que permitió detectar y medir la excitación de los núcleos.

Al cambiar la energía de los fotones y monitorear la velocidad a la que se excitan los núcleos, el equipo pudo medir la energía del estado nuclear excitado.

«Nunca hemos podido provocar tales transiciones nucleares con un láser», dijo Hudson. “Si sostienes el torio en su lugar con un cristal transparente, puedes hablarle con luz. »

Según Hudson, esta nueva tecnología podría utilizarse en cualquier lugar donde se requiera una precisión extrema en detección, comunicaciones y navegación. Los relojes atómicos basados ​​en electrones existentes son dispositivos del tamaño de una habitación con cámaras de vacío para atrapar átomos y equipos asociados para enfriarlos. Un reloj nuclear basado en torio sería mucho más pequeño, más robusto, más portátil y más preciso.

“A nadie le entusiasman los relojes porque no nos gusta la idea de que el tiempo sea limitado”, afirmó. “Pero utilizamos relojes atómicos todo el tiempo, todos los días, por ejemplo, en las tecnologías que hacen funcionar nuestros teléfonos móviles y GPS. »

Más allá de las aplicaciones comerciales, la nueva espectroscopia nuclear podría levantar el velo sobre algunos de los mayores misterios del universo. La medición sensible del núcleo de un átomo abre nuevas perspectivas para comprender sus propiedades y sus interacciones con la energía y el medio ambiente. Esto permitirá a los científicos poner a prueba algunas de sus ideas más fundamentales sobre la materia, la energía y las leyes del espacio y el tiempo.

«Los humanos, como la mayoría de la vida en la Tierra, existen en escalas que son demasiado pequeñas o demasiado grandes para observar lo que realmente podría estar sucediendo en el universo», dijo Hudson. “Lo que podemos observar desde nuestra perspectiva limitada es un conglomerado de efectos en diferentes escalas de tamaño, tiempo y energía, y las constantes de la naturaleza que hemos formulado parecen mantenerse en este nivel. »

“Pero si pudiéramos observar con mayor precisión, estas constantes podrían variar. Nuestro trabajo ha dado un gran paso hacia estas medidas y, de una forma u otra, estoy seguro de que nos sorprenderá lo que aprendamos. »

«Durante muchas décadas, mediciones cada vez más precisas de constantes fundamentales nos han permitido comprender mejor el universo en todas las escalas y posteriormente desarrollar nuevas tecnologías que hagan crecer nuestra economía y fortalezcan nuestra seguridad nacional», dijo Denise Caldwell, subdirectora interina de Matemática y Física de NSF. Dirección de Ciencias.

“Esta técnica basada en núcleos algún día podría permitir a los científicos medir ciertas constantes fundamentales con tal precisión que tal vez tengamos que dejar de llamarlas 'constantes'. »