«В течение десятилетий мы думали, что дыхание контролируется исключительно нейронами в головном мозге. Наши результаты показывают, что астроциты активно помогают контролировать ритм дыхания», — сказал Джеффри С. Смит, доктор философии, старший научный сотрудник Национального института неврологии NIH. Disorders and Stroke (NINDS) и старший автор исследования, опубликованного в Nature Communications. «Эти результаты добавляют к растущему количеству доказательств, которые меняют наши представления об астроцитах и ??работе мозга».Лаборатория доктора Смита изучает, как дыхание контролируется ритмичным возбуждением нейронов в преботцингеровском комплексе, центре дыхания мозга, который его лаборатория помогла обнаружить.
Для этого исследования его команда работала с Александром Гурином, доктором философии, профессором Университетского колледжа Лондона (UCL), лаборатория которого обнаружила, что астроциты в соседних частях мозга могут регулировать дыхание, ощущая изменения в уровне углекислого газа в крови.По крайней мере, половина мозга состоит из клеток, называемых глиями, и большинство из них являются астроцитами. Недавно ученые показали, что астроциты могут общаться подобно нейронам, отправляя химические сообщения, называемые передатчиками, соседним клеткам.В этом исследовании ученые проверили роль астроцитов в дыхании, генетически изменив способность астроцитов в комплексе пре-Ботцингера высвобождать передатчики.
Когда они подавляли астроциты у крыс, уменьшая выброс передатчика, крысы дышали и вздыхали медленнее, чем обычно. Напротив, если они заставляли астроциты болеть за счет увеличения передачи, крысы дышали с большей частотой отдыха и чаще вздыхали.Команда также проверила, как подавление астроцитов влияет на реакцию крыс на изменения уровня кислорода и углекислого газа.
Хотя частота дыхания крыс увеличивалась, когда уровень кислорода был ниже, а уровень углекислого газа выше, она все равно была ниже нормы. Молчание астроцитов также уменьшало скорость, с которой крысы вздыхали при более низком уровне кислорода. Более того, крысы истощались намного раньше, чем обычно.
Они могли пробежать только половину расстояния, которое нормальные крысы могут пробежать на беговой дорожке, прежде чем утомятся.«Основная цель дыхания — это обмен углекислого газа и кислорода, который имеет решающее значение для жизни. Наши результаты подтверждают идею о том, что астроциты помогают мозгу переводить изменения в этих газах в дыхание», — сказал Шахриар Шейхбахаи, доктор философии, ранее являвшийся ученым. докторант UCL, участник партнерской программы NIH Graduate Partnership Program и ведущий автор исследования.Наконец, команда показала, что эти астроциты использовали аденозинтрифосфат (АТФ) для связи с другими клетками мозга.
Инактивация высвобожденного АТФ снижает частоту дыхания в состоянии покоя и частоту вздохов при нормальном и низком уровнях кислорода.«Наши результаты расширяют наше понимание того, как мозг контролирует дыхание в нормальных и болезненных условиях», — сказал д-р Смит. «Мы планируем пойти по этому пути, чтобы понять, как астроциты помогают контролировать другие аспекты дыхания».