Новая роль клеток мозга в контроле циркадных ритмов

Новое исследование показало, что астроциты, ранее считавшиеся просто поддерживающими нейронами в регуляции циркадных ритмов, на самом деле могут управлять ритмом внутренних часов организма, и впервые было показано, что они способны контролировать модель повседневного поведения у млекопитающих.

Результаты нового исследования могут дать начало для использования новых методов лечения при нарушении циркадных ритмов, которые могут вызвать нарушения сна, а также способствовать развитию различных нарушений состояний здоровья, от психических расстройств до деменции, диабета или рака.

Циркадные ритмы хорошо известны своей ролью в поддержании здоровья человека, и хотя было обнаружено, что многие различные типы клеток по всему телу имеют свои собственные внутренние часы, время этих часов главным образом контролируется супрахиазматическим ядром (SCN), небольшой областью мозга в гипоталамусе, которая выступает в качестве биологических часов, отвечающих за регулирование повседневного поведения.

В этом новом исследовании использовалась микроскопическая визуализация для наблюдения за точными временными характеристиками внутренних молекулярных часов астроцитов и нейронов SCN. Показано, что, хотя оба типа клеток имеют свои собственные циркадные часы, они по-разному регулируются и активируются в разное время дня. Было обнаружено, что это деликатное взаимодействие имеет решающее значение в сохранении часового механизма всего SCN.

После этого первоначального открытия ученые обнаружили, что у генетически измененных мышей внутренние часы тела нарушали функцию и поведение SCN, но неожиданно ученые обнаружили, что восстановление генетически функциональных часов только в астроцитах позволяет мышам регулировать свою ежедневную активность. Это означало, что даже когда астроциты были единственной клеткой у животного с работающими внутренними часами, сохранялись закономерности ежедневного поведения мышей. Когда исследователи сравнили эту модель поведения с мышами, чьи нейрональные часы работали, они обнаружили, что период регулируемой активности в SCN был примерно на один час короче, что также отражалось поведением мыши, показывая, что астроциты способны контролировать животных поведение к собственной клеточной мелодии.

Исследование также показало, что глутамат, нейротрансмиттер в головном мозге и центральной нервной системе, действовал как химический сигнал, используемый для передачи сигналов времени от работающих астроцитов SCN.

Впервые было продемонстрировано, что астроциты, клетки, которые ранее упускались из виду как простые поддерживающие клетки, могут реально контролировать поведение животных. Это значительный прогресс в области нейробиологии.

В последние годы становится все более очевидным, что нарушение внутренних часов организма из-за сменной работы, деменции и других неврологических заболеваний может иметь опасное влияние на наше здоровье и благополучие. Это исследование является важным шагом к лучшему пониманию того, как мозг контролирует эти циркадные ритмы.

Marco Brancaccio, Mathew D. Edwards, Andrew P. Patton, Nicola J. Smyllie, Johanna E. Chesham, Elizabeth S. Maywood, Michael H. Hastings. Cell-autonomous clock of astrocytes drives circadian behavior in mammals. Science, 2019; 363 (6423): 187 DOI: 10.1126/science.aat4104