Избыток глутамата, астроциты и формирование памяти

Глутамат, высвобождающийся в возбуждающих синапсах, активно удаляется из синаптической щели астроцитами, несущими белок-переносчик глутамата GLT1 на своих перисинаптических отростках, которые часто прилегают к синапсам. Однако часть молекул глутамата все-таки выходит за пределы синаптической щели и воздействует на окружающие нейроны, что может иметь важное физиологическое действие. Например, в обонятельной луковице глутамат, утекающий из синаптических щелей, обеспечивает взаимодействие митральных клеток, а также между определенными волокнами и нейронами в мозжечке. Имеются свидетельства в пользу того, что перисинаптические отростки астроцитов задействованы в формировании памяти. Эти данные были получены с помощью электронной микроскопии, а вот проследить, как ведут себя перисинаптические отростки астроцитов при долговременной потенциации в живой системе, удалось лишь недавно. Международный коллектив ученых сообщил на страницах Neuron, что при долговременной потенциации отростки астроцитов перестраиваются и перестают интенсивно откачивать глутамат, и глутамат, в переизбытке накапливающийся в синаптической щели, выходит за ее пределы и воздействует на глутаматные рецепторы NMDA соседних клеток. Таким образом, при формировании памяти сигнал от одного нейрона может «расползаться» по соседним нейронам, проникая в соответствующие синапсы.

Исследователи использовали в своей работе комбинацию сложнейших методов микроскопии, не зависящих от дифракционного предела и позволяющих пронаблюдать за клетками с разрешением, недостижимым с помощью обычного светового микроскопа. Они показали, что при долговременной потенциации объем перисинаптических отростков астроцитов уменьшается, как и интенсивность диффузии по мембранам отростков. Наблюдение за живыми астроцитами с помощью микроскопии свервысокого разрешения STEDпродемонстрировало, что долговременная потенциация приводит к снижению количества отростков астроцитов вблизи дендритных шипиков, а изучение срезов гиппокампа с помощью корреляционной электронной микроскопии в 3Dвыявило снижение общей частоты встречаемости перисинаптических отростков астроцитов в условиях долговременной потенциации.

С чем связано подобное «увядание» перисинаптических отростков астроцитов? Авторы работы показали, что основные сигнальные пути астроцитов, зависимые от ионов кальция, тут не при чем. Оказалось, что в этом процессе замешан мембранный переносчик NKCC1, который в больших количествах присутствует в астроцитах. В то же время активация сигнального каскада белка кофилина-1, который является pH-зависимым регулятором полимеризации актина, позволяет нивелировать изменения в перисинаптических отростках, которые вызывает долговременная потенциация. Из-за перестроек отростков GLT1 хуже справляются с откачиванием избытка глутамата, что приводит его массовому выходу за пределы синаптических щелей.

Ученые наблюдали за выделением и перемещением глутамата в синапсах с помощью специального оптического сенсора. Они показали, что при долговременной потенциации среднее расстояние, на которое перемещаются молекулы глутамата вне клеток, возрастает, причем глутамат не уходит в никуда, а действует на клетки, до которых добирается. Глутамат, выходящий за пределы своей синаптической щели, действует на другие клетки, связываясь с рецепторами NMDA на их поверхности.

Таким образом, долговременная потенциация приводит к тому, что астроциты перестают откачивать избыток глутамата из синаптических щелей. В результате глутамат покидает синаптические щели и взаимодействует с другими клетками, благодаря чему возможность обменяться сигналами получают нейроны, которые не имеют прямой синаптической связи. Такое интенсивное взаимодействие играет важнейшую роль в формировании памяти.

Текст: Елизавета Минина

Henneberger, C., Bard, L., Panatier, A., Reynolds, J. P., Kopach, O., Medvedev, N. I., … Rusakov, D. A. (2020). LTP Induction Boosts Glutamate Spillover by Driving Withdrawal of Perisynaptic Astroglia. Neuron. DOI: 10.1016/j.neuron.2020.08.030.

Источник: neuronovosti.ru

Комментарии: