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科学家揭示神经递质调控星形胶质细胞钙离子事件的亚细胞、单细胞和网络水平的特征
来源: | 作者:康森特生物科技 | 发布时间: 2024-04-25 | 25 次浏览 | 分享到:

2024年4月17日加州大学Kira E. Poskanzer团队在Nature杂志发表文章揭示了兴奋性递质和抑制性递质对皮层星形胶质细胞的钙离子事件的差异性调控作用,这种调控作用依赖于缝隙连接。

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不同神经递质诱发星形胶质细胞的钙离子活性存在差异

研究人员通过双光子钙成像观察到在接受抑制性突触受体激动剂baclofen诱发皮层星形胶质细胞钙离子信号增强具有延迟性、持续性特点,而兴奋性突触受体激动剂t-ACPD诱发星形胶质细胞钙离子信号增强具有快速、短暂性特点,表明星形胶质细胞对不同神经递质的响应存在时间分辨率和强度的差异性。

图1:不同神经递质诱发星形胶质细胞的钙离子活性存在差异

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神经递质引起单细胞和网络水平的星形胶质细胞钙离子变化


研究人员将抑制性递质GABA和兴奋性递质Glu分别与笼锁化合物进行结合,在双光子显微镜800纳米激发光刺激下可促进神经递质的释放(限定 在25平方微米内,持续时间为0.5-1秒),与此同时在900纳米激光下观察不同递质对同一个星形胶质细胞钙离子变化。他们发现解笼锁促进神经递质释放后周围星形胶质细胞钙离子活性增加,这种响应的时间分辨率为秒级别。然而抑制性和兴奋性递质引起单个星形胶质细胞的钙离子变化之间并没有差异。

通过上述解笼锁技术,研究人员发现在释放神经递质后周围星形胶质细胞群(局部网络)钙离子活性增加,这种增加可被缝隙连接阻断剂所阻断。间隙连接蛋白43(CX43)是星形胶质细胞进行细胞间通讯的关键分子。特异性敲除星形胶质细胞CX43后也能显著减弱神经递质释放后诱发的星形胶质细胞局部网络活性增加效应。进一步的Sholl分析发现神经递质释放后可激活周围200微米内的星形胶质细胞。



图2、神经递质引起网络水平的星形胶质细胞钙离子变化

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兴奋性递质促进邻近星形胶质细胞钙离子事件传播

星形胶质细胞钙离子事件是高度异质性的,离体实验发现分析发现邻近细胞最稳定存在且与神经递质释放一致的事件是钙离子传播。传播事件可能促进跨细胞区室的信息整合,实现附近突触活动的协调调节。通过在体双光子显微镜观察到皮层脑区也存在类似的一小群钙离子传播事件。兴奋性递质Glu释放后可增加邻近星形胶质细胞钙离子传播事件发生频率,但抑制性递质并不发挥增强作用。在特异性敲除星形胶质细胞CX43后可阻断兴奋性递质Glu释放增加钙离子传播。



图3:DRN-GAD2神经元-PVT环路具有抑制觉醒的作用



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结论

本文通过双光子显微镜解笼锁技术从亚细胞结构、单细胞和细胞网络三个维度揭示了兴奋性和抑制性递质输入对星形胶质细胞钙离子活性调控的特点。








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