Белки коннексина ралли ралли, чтобы питать мозг по требованию

Мозг – это гззлер, сжигающий около пятой части нашей энергии покоя и не сохраняя почти ничего в резерве. Когда несколько тысяч нейронов внезапно врываются в активность – например, когда вы заметите знакомое лицо в толпе – топливо должно прийти немедленно. Кровеносные сосуды открываются широко, чтобы впустить его, но они не могут ограбить соседние регионы, чтобы заплатить за порыв. Вся сеть снабжения должна вступать, и здесь лежит тайна: даже самые далекие артерии, кажется, реагируют почти мгновенно.

Ученые называют этот процесс нервно -сосудистой связи. Нейроны стреляют, близлежащие капилляры расширяются, а кровоток поднимается по мере того, как соединяются артерии, толкая больше топлива в трубопровод. Исследователи видели сообщения, путешествующие «вверх по течению» от меньших сосудов до более крупных, но известные химические посланники двигались слишком медленно, чтобы объяснить разделительные секунды. Что -то еще было явно на работе, которое почти мгновенно приняло призыв к действию.

Клетки, выстилающие кровеносные сосуды мозга, связаны с помощью щелевых соединений, узкими порталами, которые позволяют соседним клеткам обмениваться ионами и малых молекул. Когда лаборатория Ченгуа Гу в Гарвардском университете ввела серотонин в одну камеру, она проскользнула через перекрестки к своим соседям. Более поздний тест выявил сеть соединений, которые были самыми сильными в артериях и слабее в венах. Команда обнаружила, что два белка коннексина, CX37 и CX40, особенно в изобилии в артериях и предположили, что они могут нести ответственность за быстрый призыв к действию.

Результаты были опубликованы в Клетка в июле.

Университетский колледж Лондон Нейробиолог Дэвид Аттвелл сказал, что эта договоренность позволяет сигналам путешествовать по стенам судов для расширения вверх по течению артерий, увеличивая приток крови в активные районы мозга. Брант Исаксон, сосудистый физиолог из Университета Вирджинии, добавил, что разные суда используют разные коннексины для лучшего прохождения определенных сигналов, «как конкретные трубы для конкретных жидкостей».

Чтобы доказать связь, команда Гарварда разводила мышей, у которых отсутствовали CX37 и CX40 в их стенах артерии. У здоровых мышей всплеск активности мозга послал расширяющийся сигнал вдоль артерий, которые достигли более миллиметра за четверть секунды. У модифицированных мышей сигнал перемещался на треть скорости.

Разрыв стал наиболее очевидным, когда загорелись большие полосы мозга. У здоровых мышей расширяющееся действие быстро распространяется и синхронизируется по всей артериальной сети. У модифицированных мышей он был медленнее, слабее и застрял возле источника. Результаты свидетельствуют о том, что разрывные соединения действовали как «механизм масштабирования», который позволяет доставке крови расти, чтобы соответствовать всплескам мозговой активности.

Анна Девор, нейробиолог из Бостонского университета, которая изучает, как формирует кровоток ФМРТ, сказала, что исследование прибило механизм, который позволяет сигналам, выводящему сосуд, перемещаться по стенам сосуда и измеряло, как быстро это происходит.

«Знание как механизма, так и скорости бесценны для компьютерных моделей, связывающих активность мозга с кровотоком», – сказала она. Такие модели, по ее словам, могут помочь определить сосудистые проблемы, практически тестировать лекарства и направлять терапию, особенно в сочетании с моделями искусственного интеллекта.

Результаты также могут помочь объяснить несоответствия между мозговой активностью и кровотоком. Девер вспомнил, как пионер покойного визуализации Амирам Гринвальд сравнивал кислород в мозге, чтобы «поливать весь сад для одного жаждущего цветка». Сигналы для расширения судов часто перемещаются вверх по течению, добавляя задержки: сотни миллисекунд в небольших артериях и на протяжении секунды в более крупных. Это исследование показывает, что разрывные соединения составляют большую часть этого задержки, а остальные из -за более медленных химических посланников достигают своих целевых судов.

Работа может также поднять вопросы о болезнях. Аттвелл отметил, что возможно, но недоказанное, что теряние соединений с разрывом при старении или заболеваниях небольших сосудов может снизить кровоток головного мозга. Проверка этой идеи, по его словам, будет означать повышение белков у лабораторных животных и наблюдать, улучшила ли это функция мозга.

По словам Исаксона, результаты могут помочь разработать лекарства для активации коннексинов, а также выяснить, как типы белков коннексина в мозге сочетаются в мозаичных соединениях, которые настраивают сообщения от клетки к клетке.

Эффективность энергии мозга зависит от не только отзывчивых нейронов: она требует скрытой сосудистой сети. Здесь артерии обмениваются быстрыми сообщениями через разрывные соединения, координируя линии снабжения на миллиметрах в мгновение ока. Эта болтовня является напоминанием о том, что жизненная сила мозга настолько же в его проводке, как и в его стрельбе.

Anirban Mukhopadhyay – генетик от обучения и научного коммуникатора из Дели.