اكتشاف آلية تعزيز طاقة الدماغ

ملخص: تمكن الباحثون من تحديد آلية رئيسية للكشف عن الوقت الذي يحتاج فيه الدماغ إلى دفعة من الطاقة، والتي تتضمن الخلايا النجمية وجزيء الأدينوزين. وقد يؤدي هذا الاكتشاف إلى علاجات جديدة للحفاظ على صحة الدماغ وطول العمر، وخاصة في مكافحة التدهور المعرفي والأمراض العصبية التنكسية.

توصلت الدراسة إلى أن الخلايا النجمية تراقب النشاط العصبي وتنشط مسارات إمداد المخ بالطاقة، مما يضمن كفاءة وظائف المخ. ويقدم هذا الاكتشاف علاجات محتملة لحالات مثل مرض الزهايمر.

مفتاح الحقائق:

1. تلعب الخلايا النجمية دورًا حاسمًا في توفير الطاقة للخلايا العصبية أثناء الأنشطة ذات الطلب العالي.
2. يعتبر جزيء الأدينوزين ضروريًا لتنشيط عملية التمثيل الغذائي للجلوكوز في الخلايا النجمية.
3. ويؤدي تعطيل آلية تعزيز الطاقة هذه إلى إضعاف وظائف المخ والذاكرة والنوم.

مصدر: جامعة كوليدج لندن

تم التعرف على آلية رئيسية تكشف متى يحتاج الدماغ إلى دفعة إضافية من الطاقة لدعم نشاطه في دراسة أجريت على الفئران والخلايا بقيادة علماء من جامعة لندن.

ويقول العلماء إن نتائجهم التي نشرت في طبيعةقد يساعدنا هذا الاكتشاف في تطوير علاجات جديدة للحفاظ على صحة الدماغ وطول العمر، حيث وجدت دراسات أخرى أن عملية التمثيل الغذائي للطاقة في الدماغ يمكن أن تتعطل في وقت متأخر من الحياة وتساهم في التدهور المعرفي وتطور الأمراض العصبية التنكسية.

قال المؤلف الرئيسي البروفيسور ألكسندر جورين (علم الأعصاب وعلم وظائف الأعضاء وعلم الأدوية بجامعة كوليدج لندن): “تتكون أدمغتنا من مليارات الخلايا العصبية، التي تعمل معًا لتنسيق العديد من الوظائف وأداء مهام معقدة مثل التحكم في الحركة والتعلم وتكوين الذكريات. كل هذه العمليات الحسابية تتطلب طاقة كبيرة وتتطلب إمدادًا مستمرًا من العناصر الغذائية والأكسجين.

“عندما يكون دماغنا أكثر نشاطًا، كما هو الحال عندما نؤدي مهمة شاقة عقليًا، يحتاج دماغنا إلى دفعة فورية من الطاقة، ولكن الآليات الدقيقة التي تضمن إمداد مناطق الدماغ النشطة بالطاقة الأيضية محليًا عند الطلب ليست مفهومة تمامًا.”

أظهرت الأبحاث السابقة أن العديد من خلايا المخ التي تسمى الخلايا النجمية تلعب دورًا في تزويد الخلايا العصبية في المخ بالطاقة التي تحتاجها. الخلايا النجمية، التي تتخذ شكل النجوم، هي نوع من الخلايا الدبقية، وهي خلايا غير عصبية توجد في الجهاز العصبي المركزي.

عندما تحتاج الخلايا العصبية المجاورة إلى زيادة في إمدادات الطاقة، تتدخل الخلايا النجمية بسرعة من خلال تنشيط مخازن الجلوكوز الخاصة بها واستقلابها، مما يؤدي إلى زيادة إنتاج وإطلاق اللاكتات. يكمل اللاكتات مجموعة الطاقة المتاحة بسهولة لاستخدامها بواسطة الخلايا العصبية في الدماغ.

وأوضح البروفيسور جورين: “في دراستنا، اكتشفنا بالضبط كيف تتمكن الخلايا النجمية من مراقبة استخدام الطاقة بواسطة الخلايا العصبية المجاورة لها، وبدء هذه العملية التي توفر طاقة كيميائية إضافية لمناطق الدماغ المزدحمة”.

وفي سلسلة من التجارب باستخدام نماذج الفئران وعينات الخلايا، حدد الباحثون مجموعة من المستقبلات المحددة في الخلايا النجمية التي يمكنها اكتشاف النشاط العصبي ومراقبته، وتحفيز مسار الإشارة الذي يتضمن جزيئًا أساسيًا يسمى الأدينوزين.

توصل الباحثون إلى أن مسار الإشارة الأيضية الذي ينشطه الأدينوزين في الخلايا النجمية هو نفس المسار الذي يجند مخازن الطاقة في العضلات والكبد، على سبيل المثال عندما نمارس الرياضة.

يقوم الأدينوزين بتنشيط عملية التمثيل الغذائي للجلوكوز في الخلايا النجمية وتزويد الخلايا العصبية بالطاقة لضمان استمرار الوظيفة المشبكية (الناقلات العصبية التي تنقل إشارات الاتصال بين الخلايا) بوتيرة سريعة في ظل ظروف الطلب العالي على الطاقة أو انخفاض إمدادات الطاقة.

ووجد الباحثون أنه عندما قاموا بتعطيل مستقبلات الخلايا النجمية الرئيسية في الفئران، كان نشاط دماغ الحيوان أقل فعالية، بما في ذلك ضعف كبير في عملية التمثيل الغذائي للدماغ والذاكرة واضطراب النوم، وبالتالي إظهار أن مسار الإشارة الذي حددوه حيوي لعمليات مثل التعلم والذاكرة والنوم.

وقال المؤلف الأول والمشارك في الدراسة الدكتور شفيق ثيبارامبيل، الذي بدأ الدراسة في جامعة لندن قبل الانتقال إلى جامعة لانكستر: “إن تحديد هذه الآلية قد يكون له آثار أوسع لأنها قد تكون وسيلة لعلاج أمراض الدماغ حيث يتم تقليل تنظيم طاقة الدماغ، مثل التنكس العصبي والخرف”.

وأضاف البروفيسور جورين: “نحن نعلم أن توازن طاقة الدماغ يضعف تدريجياً مع التقدم في السن، وتتسارع هذه العملية أثناء تطور الأمراض العصبية التنكسية مثل مرض الزهايمر.

“تحدد دراستنا هدفًا جذابًا يمكن علاجه بسهولة وفرصة علاجية لإنقاذ طاقة الدماغ بغرض حماية وظائف المخ والحفاظ على الصحة الإدراكية وتعزيز طول عمر الدماغ.”

التمويل: حصل الباحثون على دعم من مؤسسة ويلكوم، وشارك في الدراسة علماء من جامعة لندن، وجامعة لانكستر، وإمبريال كوليدج لندن، وكينجز كوليدج لندن، وجامعة كوين ماري في لندن، وجامعة بريستول، وجامعة وارويك، وجامعة كولورادو.

حول أخبار أبحاث علم الأعصاب هذه

مؤلف: كريس لين
مصدر: جامعة كوليدج لندن
اتصال: كريس لين – UCL
صورة: الصورة مأخوذة من موقع Neuroscience News

البحث الأصلي: الوصول المفتوح.
“تعمل إشارات الأدينوزين إلى الخلايا النجمية على تنسيق عملية التمثيل الغذائي في المخ ووظيفته“بقلم ألكسندر جورين وآخرون. طبيعة

خلاصة

تعمل إشارات الأدينوزين إلى الخلايا النجمية على تنسيق عملية التمثيل الغذائي في المخ ووظيفته

تعتمد العمليات الحسابية التي يقوم بها الدماغ بواسطة مليارات الخلايا العصبية على إمداد كافٍ ومتواصل من المغذيات والأكسجين.

تتحكم الخلايا النجمية، وهي الجيران المتواجدون في كل مكان للخلايا العصبية، في امتصاص الجلوكوز في الدماغ واستقلابه، ولكن الآليات الدقيقة للارتباط الأيضي بين الخلايا العصبية والخلايا النجمية التي تضمن الدعم عند الطلب لاحتياجات الطاقة العصبية ليست مفهومة تمامًا.

نوضح هنا، باستخدام نماذج حيوانية تجريبية في المختبر وفي الجسم الحي، أن التنشيط الأيضي المعتمد على النشاط العصبي للخلايا النجمية يتم بواسطة الأدينوزين المعدل العصبي الذي يعمل على مستقبلات A2B للخلايا النجمية. يعمل تحفيز مستقبلات A2B على تجنيد كيناز الأدينوزين الحلقي التقليدي 3′,5′- أحادي الفوسفات-البروتين

مسار إشارات يؤدي إلى تنشيط سريع لاستقلاب الجلوكوز في الخلايا النجمية وإطلاق اللاكتات، الذي يكمل مجموعة الطاقة خارج الخلية المتاحة بسهولة.

أظهرت النماذج التجريبية للفئران التي تنطوي على الحذف المشروط للجين الذي يشفر مستقبلات A2B في الخلايا النجمية أن الإشارات الأيضية التي يتوسطها الأدينوزين ضرورية للحفاظ على الوظيفة المشبكية، وخاصة في ظل ظروف الطلب العالي على الطاقة أو انخفاض إمدادات الطاقة.

أدى إيقاف التعبير عن مستقبلات A2B في الخلايا النجمية إلى إعادة برمجة كبرى لاستقلاب طاقة الدماغ، ومنع اللدونة المشبكية في الحُصين، وإعاقة ذاكرة التعرف بشكل كبير واضطراب النوم.

تحدد هذه البيانات مستقبل الأدينوزين A2B باعتباره مستشعرًا نجميًا للنشاط العصبي وتظهر أن إشارات cAMP في الخلايا النجمية تضبط عملية التمثيل الغذائي للطاقة في الدماغ لدعم وظائفها الأساسية مثل النوم والذاكرة.