Informations

Les astrocytes se connectent-ils et communiquent-ils chimiquement avec d'autres astrocytes ?

Les astrocytes se connectent-ils et communiquent-ils chimiquement avec d'autres astrocytes ?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Je construis un nouveau modèle de tissu neural à des fins d'apprentissage automatique et j'essaie actuellement de décrypter les fonctions de l'astroglie.

La littérature suggère que les astrocytes enveloppent les synapses, leur fournissant un support structurel, étant donné que la synapse est une gouttelette huileuse entre deux "tentacules" neuronaux, cela a du sens, remplit des fonctions de gardien au niveau des synapses qu'elle enveloppe en ce qui concerne les neurotransmetteurs et, via ses pieds périvasculaires, fournit des ressources à partir des vaisseaux sanguins à proximité.

La littérature suggère ensuite que l'astrocyte peut jouer un rôle dans certains troubles neurologiques si les « effets » ioniques d'un ensemble de pieds périvasculaires, à savoir un ensemble de synapses, « fuient » à travers une barrière chimique interne au sein dudit astrocyte, pour se propager l'« effet » à un autre ensemble de synapses peut-être sans rapport. Je peux voir comment cela pourrait influencer et provoquer un apprentissage non lié, ce qui peut être une caractéristique de certains troubles neurologiques, dont l'un suggère la schizophrénie et ses modèles d'apprentissage non mérité et irrégulier.

Je peux comprendre à quel point une forme d'apprentissage localisé ou d'apprentissage complet ou partiel, par opposition à l'apprentissage au niveau neuronal individuel pur, serait certainement bénéfique pour un réseau d'apprentissage en accélérant l'apprentissage.

Les astrocytes se connectent-ils aux astrocytes et si oui comment et quel message chimique y est-il présent ?

Je m'excuse de ne pas être un neurochimiste, mais seulement un développeur de logiciels avec une formation en électronique et bien que je puisse suivre une partie de la chimie, je m'intéresse à l'objectif fonctionnel de ces composants biologiques. La nature n'avait de chimie pour travailler que lorsque ces mécanismes ont évolué mais, en passant, si elle avait eu accès à l'électronique et aux logiciels, on suppose que le tissu neuronal aurait été beaucoup plus facile à comprendre pour nous.


Le contact astrocyte à astrocyte et une boucle de rétroaction positive de la signalisation du facteur de croissance régulent la maturation des astrocytes

(29 avril 2019)

par Jiwen Li, Rana R. Khankan, Christine Caneda, Marlesa I. Godoy, Michael S. Haney, Mitchell C. Krawczyk, Michael C. Bassik, Steven A. Sloan, Ye Zhang Publié 'Glia'

Cela semble me donner les détails dont j'avais besoin.

La maturation des astrocytes semble être accélérée en raison de la signalisation chimique des astrocytes à proximité, mais les astrocytes ne se « signalent » pas, au sens d'une caractéristique d'apprentissage en réseau, les uns aux autres.

Merci pour votre aide.


Cellules gliales

Les cellules gliales, les cellules neurogliales ou la glie ne sont plus considérées comme ayant un rôle purement structurel au sein du système nerveux central, elles régulent également les taux de décharge nerveuse, la plasticité cérébrale et les réponses immunitaires. Ces nombreuses petites cellules dépourvues d'axones et/ou de dendrites ont fait l'objet d'importantes recherches, mais nous ne faisons encore qu'effleurer la surface de nombre de leurs rôles. Les cellules gliales existent dans le système nerveux central (SNC) et le système nerveux périphérique, certains types de cellules gliales peuvent même traverser la barrière entre le SNC et le SNP.


Histoire des cellules gliales

Les cellules gliales constituent le autre les cellules du cerveau. Ce sont un groupe diversifié de cellules qui sont polyvalentes dans leur gamme de fonctions.

Les cellules gliales ont été découvertes pour la première fois en 1838 par Robert Remak. Il a découvert les cellules de Schwann (du nom de Theodor Schwann, qui a confirmé la découverte de Remak&rsquos), qui sont un type de cellule gliale qui recouvre le long axone du neurone. Après cette percée initiale, de nombreuses autres cellules gliales ont été découvertes, à partir d'astrocytes en forme d'étoile, de petites microglies et d'oligodendrocytes à plusieurs volets.

Cependant, toutes ces cellules, malgré leur diversité, étaient reléguées au simple statut de &ldquoglue&rdquo, l'origine grecque du mot &ldquoglia&rdquo. Les neuroscientifiques du début du 20 e siècle pensaient que la glie ne faisait rien de plus que soutenir les neurones dans leurs fonctions.


Neurones

Quatre principaux types de neurones transmettent des signaux à travers le corps via des structures spécialisées telles que les dendrites, les axones et les synapses.

Objectifs d'apprentissage

Décrire les fonctions des composants structurels d'un neurone

Points clés à retenir

Points clés

  • Les dendrites sont des structures arborescentes dans les neurones qui s'étendent loin du corps cellulaire pour recevoir des messages d'autres neurones au niveau des synapses. Tous les neurones n'ont pas de dendrites.
  • Les synapses permettent aux dendrites d'un seul neurone d'interagir et de recevoir des signaux de nombreux autres neurones.
  • Les axones sont des structures tubulaires qui envoient des signaux à d'autres neurones, muscles ou organes. Tous les neurones n'ont pas d'axones.
  • Les neurones sont divisés en quatre grands types : unipolaires, bipolaires, multipolaires et pseudo-unipolaires.
  • Les neurones unipolaires ont une seule structure s'étendant du soma. Les neurones bipolaires ont un axone et une dendrite s'étendant du soma.
  • Les neurones multipolaires contiennent un axone et de nombreux neurones pseudo-unipolaires dendrites ont une structure unique qui s'étend du soma, qui se ramifie ensuite en deux structures distinctes.

Mots clés

  • dendrite: projections ramifiées d'un neurone qui conduisent les impulsions reçues d'autres cellules neurales vers le corps cellulaire
  • axone: longue projection mince d'une cellule nerveuse qui conduit les impulsions nerveuses du corps cellulaire vers d'autres neurones, muscles et organes
  • synapse: la jonction entre l'extrémité d'un neurone et soit un autre neurone, soit une cellule musculaire ou glandulaire, sur laquelle passent les impulsions nerveuses

Neurones

Le système nerveux de la mouche de laboratoire commune, Drosophila melanogaster, contient environ 100 000 neurones, le même nombre qu'un homard. Ce nombre se compare à 75 millions chez la souris et 300 millions chez la pieuvre. Un cerveau humain contient environ 86 milliards de neurones. Malgré ces nombres très différents, les systèmes nerveux de ces animaux contrôlent bon nombre des mêmes comportements, des réflexes de base aux comportements plus compliqués tels que trouver de la nourriture et faire la cour à des partenaires. La capacité des neurones à communiquer entre eux, ainsi qu'avec d'autres types de cellules, sous-tend tous ces comportements.

La plupart des neurones partagent les mêmes composants cellulaires. Mais les neurones sont également hautement spécialisés : différents types de neurones ont des tailles et des formes différentes qui se rapportent à leurs rôles fonctionnels.

Parties d'un neurone

Chaque neurone a un corps cellulaire (ou soma) qui contient un noyau, un réticulum endoplasmique lisse et rugueux, un appareil de Golgi, des mitochondries et d'autres composants cellulaires. Les neurones contiennent également des structures uniques, par rapport à la plupart des cellules, qui sont nécessaires pour recevoir et envoyer les signaux électriques qui rendent possible la communication neuronale. Les dendrites sont des structures arborescentes qui s'étendent loin du corps cellulaire pour recevoir des messages d'autres neurones au niveau de jonctions spécialisées appelées synapses. Alors que certains neurones n'ont pas de dendrites, d'autres types de neurones ont plusieurs dendrites. Les dendrites peuvent avoir de petites protubérances appelées épines dendritiques, qui augmentent encore la surface pour d'éventuelles connexions synaptiques.

Structure cellulaire des neurones: Les neurones contiennent des organites communs à de nombreuses autres cellules, comme un noyau et des mitochondries. Ils ont également des structures plus spécialisées, notamment des dendrites et des axones.

Une fois qu'un signal est reçu par la dendrite, il se déplace ensuite passivement vers le corps cellulaire. Le corps cellulaire contient une structure spécialisée, la butte d'axone, qui intègre les signaux de plusieurs synapses et sert de jonction entre le corps cellulaire et un axone : une structure en forme de tube qui propage le signal intégré vers des terminaisons spécialisées appelées terminaisons axonales. Ces terminaux, à leur tour, se synapsent sur d'autres neurones, muscles ou organes cibles. Les produits chimiques libérés aux bornes des axones permettent de communiquer des signaux à ces autres cellules. Les neurones ont généralement un ou deux axones, mais certains neurones, comme les cellules amacrines de la rétine, ne contiennent aucun axone. Certains axones sont recouverts de myéline, qui agit comme un isolant pour minimiser la dissipation du signal électrique lorsqu'il descend dans l'axone, augmentant considérablement la vitesse de conduction. Cette isolation est importante car l'axone d'un motoneurone humain peut mesurer jusqu'à un mètre : de la base de la colonne vertébrale aux orteils. La gaine de myéline ne fait pas réellement partie du neurone. La myéline est produite par les cellules gliales. Le long de ces types d'axones, il y a des lacunes périodiques dans la gaine de myéline. Ces lacunes, appelées « nœuds de Ranvier », sont des sites où le signal est « rechargé » lorsqu'il se déplace le long de l'axone.

Il est important de noter qu'un seul neurone n'agit pas seul. La communication neuronale dépend des connexions que les neurones établissent entre eux (ainsi qu'avec d'autres cellules, telles que les cellules musculaires). Les dendrites d'un seul neurone peuvent recevoir un contact synaptique de nombreux autres neurones. Par exemple, on pense que les dendrites d'une cellule de Purkinje dans le cervelet reçoivent le contact de 200 000 autres neurones.

Types de neurones

Il existe différents types de neurones, le rôle fonctionnel d'un neurone donné est intimement dépendant de sa structure. Il existe une incroyable diversité de formes et de tailles de neurones dans différentes parties du système nerveux (et à travers les espèces).

Diversité neuronale: Il existe une grande diversité dans la taille et la forme des neurones dans tout le système nerveux. Les exemples incluent (a) une cellule pyramidale du cortex cérébral, (b) une cellule de Purkinje du cortex cérébelleux et (c) des cellules olfactives de l'épithélium olfactif et du bulbe olfactif.

Bien qu'il existe de nombreux sous-types de cellules neuronales définis, les neurones sont généralement divisés en quatre types de base : unipolaire, bipolaire, multipolaire et pseudo-unipolaire. Les neurones unipolaires n'ont qu'une seule structure qui s'étend loin du soma. Ces neurones ne se trouvent pas chez les vertébrés, mais chez les insectes où ils stimulent les muscles ou les glandes. Un neurone bipolaire a un axone et une dendrite s'étendant du soma. Un exemple de neurone bipolaire est une cellule bipolaire rétinienne, qui reçoit des signaux de cellules photoréceptrices sensibles à la lumière et transmet ces signaux aux cellules ganglionnaires qui transmettent le signal au cerveau. Les neurones multipolaires sont le type de neurone le plus courant. Chaque neurone multipolaire contient un axone et plusieurs dendrites. Les neurones multipolaires se trouvent dans le système nerveux central (cerveau et moelle épinière). La cellule de Purkinje, un neurone multipolaire du cervelet, possède de nombreuses dendrites ramifiées, mais un seul axone. Les cellules pseudo-unipolaires partagent des caractéristiques avec les cellules unipolaires et bipolaires. Une cellule pseudo-unipolaire a une structure unique qui s'étend du soma (comme une cellule unipolaire), qui se ramifie plus tard en deux structures distinctes (comme une cellule bipolaire). La plupart des neurones sensoriels sont pseudo-unipolaires et ont un axone qui se ramifie en deux extensions : l'une connectée aux dendrites qui reçoit les informations sensorielles et l'autre qui transmet ces informations à la moelle épinière.

Types de neurones: Les neurones sont divisés en quatre types principaux en fonction du nombre et de l'emplacement des axones : (1) unipolaire, (2) bipolaire, (3) multipolaire et (4) pseudo-unipolaire.

Les sept types de glie ont des fonctions spécifiques qui jouent un rôle dans le soutien de la fonction neuronale.

Objectifs d'apprentissage

Décrire les rôles spécifiques que les sept types de glie jouent dans le système nerveux

Points clés à retenir

Points clés

  • La glie guide le développement des neurones vers leurs destinations, tamponne les ions et les produits chimiques nocifs et construit les gaines de myéline autour des axones.
  • Dans le SNC, les astrocytes fournissent des nutriments aux neurones, apportent un soutien structurel aux synapses et empêchent les substances toxiques d'entrer dans le cerveau. La glie satellite fournit des nutriments et un soutien structurel aux neurones du SNP.
  • La microglie récupère et dégrade les cellules mortes, protégeant le cerveau des micro-organismes envahissants.
  • Les oligodendrocytes forment des gaines de myéline autour des axones dans le SNC La cellule de Schwann forme des gaines de myéline autour des axones dans le SNP.
  • La glie radiale sert de pont pour le développement des neurones lorsqu'ils migrent vers leurs destinations finales.
  • Les cellules épendymaires tapissent les ventricules remplis de liquide du cerveau et le canal central de la moelle épinière qui produisent le liquide céphalo-rachidien.

Mots clés

  • glie satellite: cellule gliale qui fournit des nutriments aux neurones du SNP
  • glie radiale: cellule gliale qui sert de pont pour le développement des neurones lorsqu'ils se déplacent vers leur destination finale
  • astrocyte: une cellule névroglie, en forme d'étoile, dans le cerveau

Alors que la glie (ou cellules gliales) est souvent considérée comme le support du système nerveux, le nombre de cellules gliales dans le cerveau est en réalité dix fois supérieur au nombre de neurones. Les neurones seraient incapables de fonctionner sans les rôles vitaux que remplissent ces cellules gliales. La glie guide le développement des neurones vers leurs destinations, tamponne les ions et les produits chimiques qui endommageraient autrement les neurones et fournit des gaines de myéline autour des axones. Les scientifiques ont récemment découvert qu'ils jouaient également un rôle dans la réponse à l'activité nerveuse et dans la modulation de la communication entre les cellules nerveuses. Lorsque la glie ne fonctionne pas correctement, le résultat peut être désastreux. La plupart des tumeurs cérébrales sont causées par des mutations de la glie.

Types de Glia

Il existe plusieurs types de glie avec des fonctions différentes. Les astrocytes entrent en contact avec les capillaires et les neurones du SNC. Ils fournissent des nutriments et d'autres substances aux neurones, régulent les concentrations d'ions et de produits chimiques dans le liquide extracellulaire et fournissent un support structurel aux synapses. Les astrocytes forment également la barrière hémato-encéphalique : une structure qui bloque l'entrée de substances toxiques dans le cerveau. Il a été démontré, grâce à des expériences d'imagerie calcique, qu'ils deviennent actifs en réponse à l'activité nerveuse, transmettent des ondes calciques entre les astrocytes et modulent l'activité des synapses environnantes. La glie satellite fournit des nutriments et un soutien structurel aux neurones du SNP. La microglie récupère et dégrade les cellules mortes, protégeant le cerveau des micro-organismes envahissants. Les oligodendrocytes forment des gaines de myéline autour des axones dans le SNC. Un axone peut être myélinisé par plusieurs oligodendrocytes, un oligodendrocytes peut fournir de la myéline à plusieurs neurones. Ceci est différent du SNP où une seule cellule de Schwann fournit de la myéline pour un seul axone car la cellule de Schwann entière entoure l'axone. La glie radiale sert de pont pour le développement des neurones lorsqu'ils migrent vers leurs destinations finales. Les cellules épendymaires tapissent les ventricules remplis de liquide du cerveau et le canal central de la moelle épinière. Ils sont impliqués dans la production de liquide céphalo-rachidien, qui sert de coussin pour le cerveau, déplace le liquide entre la moelle épinière et le cerveau et est un composant du plexus choroïde.

Images de cellules gliales: (a) Les astrocytes et (b) les oligodendrocytes sont des cellules gliales du système nerveux central.

Cellules gliales: Les cellules gliales soutiennent les neurones et maintiennent leur environnement. Les cellules gliales du (a) système nerveux central comprennent les oligodendrocytes, les astrocytes, les cellules épendymaires et les cellules microgliales. Les oligodendrocytes forment la gaine de myéline autour des axones. Les astrocytes fournissent des nutriments aux neurones, maintiennent leur environnement extracellulaire et fournissent un soutien structurel. La microglie élimine les agents pathogènes et les cellules mortes. Les cellules épendymaires produisent du liquide céphalo-rachidien qui amortit les neurones. Les cellules gliales du système nerveux périphérique (b) comprennent les cellules de Schwann, qui forment la gaine de myéline, et les cellules satellites, qui fournissent des nutriments et un soutien structurel aux neurones.


Une fenêtre sur le cerveau démontre l'importance des astrocytes

Avez-vous déjà souhaité pouvoir jeter un coup d'œil dans le cerveau de quelqu'un et voir ce qui s'y passait ? Dans les recherches rapportées dans ce numéro de Biologie PLoS, Hajime Hirase et ses collègues de l'Université Rutgers ont fait exactement cela en concentrant leur microscope sur le cerveau de rats vivants afin d'examiner comment certaines cellules appelées astrocytes fonctionnent in vivo. ​ vivo.

Dans leur quête de longue date pour comprendre le fonctionnement du cerveau, les scientifiques se sont concentrés sur les neurones. Les neurones conduisent des potentiels d'action, des signaux électriques qui transmettent des informations dans le système nerveux. Mais le cerveau contient également plusieurs autres types de cellules appelées glies. (Glia est dérivé du latin pour “glue” ces cellules étaient censées “oller tout ensemble.”) Un type de cellule gliale, l'astrocyte (nommé pour sa forme en étoile), est la cellule la plus peuplée du cerveau et forme une association intime avec les neurones et leurs synapses. On pensait que ces cellules jouaient un rôle de soutien dans le cerveau, assurant le bon environnement chimique pour les synapses.

Des recherches récentes, cependant, ont suggéré que les astrocytes et autres cellules gliales pourraient jouer un rôle plus important. Lors de l'examen des astrocytes cultivés en laboratoire, les scientifiques ont observé un comportement suggérant que les astrocytes peuvent communiquer avec les neurones. Bien que les astrocytes ne puissent pas propager les signaux électriques comme le font les neurones, ils peuvent détecter la transmission de ces signaux au niveau de la synapse entre deux neurones. De plus, les astrocytes sont capables de propager un autre type de signal, un signal chimique basé sur la libération d'ions calcium. La signalisation calcique est un mécanisme de signalisation chimique qui a été observé dans de nombreux autres types cellulaires. Les propriétés exactes de la communication entre les neurones et les astrocytes ne sont cependant pas claires, car différentes préparations de ces tissus ont donné des résultats différents. Il n'a pas non plus été établi que ce type de communication se produise dans le cerveau vivant.

Pour explorer ces questions, Hirase et ses collègues ont franchi une nouvelle étape en étudiant les propriétés de signalisation du calcium des astrocytes dans le cerveau de rats vivants. Pour accomplir cet exploit, les chercheurs ont utilisé une combinaison de deux technologies. Ils ont surveillé la signalisation du calcium à l'aide d'un colorant fluorescent appelé Fluo-4, qui émet une fluorescence en réponse aux ions calcium. Ensuite, ils ont utilisé un type spécial de microscope appelé microscope à balayage laser à deux photons pour visualiser le colorant. Étant donné que ce type de microscope utilise un laser à plus faible énergie, il peut imager le colorant dans les tissus vivants sans causer de dommages.

Les chercheurs ont appliqué le colorant sur le cerveau de rats anesthésiés, lavé l'excès de colorant qui n'avait pas pénétré dans les cellules, puis ont imagé le tissu au microscope. Ils ont d'abord confirmé qu'ils examinaient effectivement les astrocytes et ont remarqué que les cellules présentaient un niveau modéré d'activité de signalisation du calcium de base. Ils ont ensuite utilisé un médicament appelé bicuculline pour stimuler les neurones et ont observé une augmentation significative de l'activité de signalisation calcique des astrocytes. Parce que la bicuculline n'affecte que les neurones, cela implique que les astrocytes répondent à l'activité des neurones. Les chercheurs ont également découvert que les astrocytes voisins présentaient souvent également une activité de signalisation calcique coordonnée, ce qui suggère que la communication entre les astrocytes est facilitée par une activité neuronale accrue.

Cette recherche confirme la complexité des fonctions de signalisation des astrocytes dans le cerveau vivant et démontre que les astrocytes jouent bien plus qu'un rôle de soutien dans la fonction cérébrale. Il établit également un système expérimental important pour les scientifiques cherchant à comprendre comment ces éléments distincts des neurones et des astrocytes du cerveau fonctionnent ensemble. Bien que cette recherche montre clairement que la signalisation existe à la fois parmi les astrocytes et entre les neurones et les astrocytes, les scientifiques doivent encore comprendre l'effet de cette signalisation. Certaines possibilités incluent la régulation de la formation des synapses, la modification de la force synaptique ou des rôles plus compliqués dans le traitement de l'information résultant de la coordination de l'activité neuronale. Les recherches futures utilisant ce système et d'autres aideront à révéler ces fonctions.


Utilisation d'astrocytes et de molécules dérivées d'astrocytes comme cibles thérapeutiques

En conséquence, toutes les molécules neuroprotectrices et neurodélétères décrites, ainsi que leurs facteurs en amont et en aval, représentent des cibles thérapeutiques potentielles (Fig. 3 et Tableau 1). Cependant, les astrocytes et les molécules dérivées des astrocytes ne peuvent agir que comme cibles pour des sous-types particuliers, des régions de dommages spécifiques et certains stades de TBI. Par conséquent, les stratégies thérapeutiques doivent se concentrer sur l'amélioration des effets neuroprotecteurs et le blocage des effets neurodélétères des différents facteurs dans des conditions spécifiques.

Cibles thérapeutiques potentielles concernant les molécules dérivées des astrocytes après TBI. Après un TBI, les cellules endommagées libèrent des signaux de danger. Et les réseaux de filaments intermédiaires stressés au sein des astrocytes activent l'afflux d'ions à travers le canal ionique mécanosensible, entraînant la libération supplémentaire de signaux de danger. Ces signaux servent à activer la névroglie et à induire une solide réaction immunitaire stérile et d'autres pathogenèses secondaires du TBI. Les astrocytes réactifs sécrètent un large éventail de facteurs qui affectent la neurogenèse, la synaptogenèse et la stabilité synaptique, et l'angiogenèse, qui peuvent représenter les cibles thérapeutiques. La modulation du microenvironnement inadapté causé par la neuroinflammation, l'excitotoxicité et le stress oxydatif post-TCC est également une stratégie thérapeutique considérable. ANG-1, angiopoïétine-1 CCL, ligand de chimiokine (motif CC) CXCL, ligand de chimiokine (motif CXC) GFAP, protéine acide fibrillaire gliale HMGB1, protéine de groupe à haute mobilité B1 HSP, protéines de choc thermique HSPG, protéoglycanes héparane sulfate IFN, interféron IGFBP -6, insulin-like growth factor binding protein 6 IL, interleukine MMP, métalloprotéine matricielle PACAP, peptide d'activation de l'adénylate cyclase hypophysaire SHH, sonic hedgehog SPARC, protéine sécrétée acide et riche en cystéine STAT3, transducteur de signal et activateur de transcription-3 TBI , traumatisme crânien TGF-β, facteur de croissance transformant-β TNF, facteur de nécrose tumorale TSP, thrombospondine VEGF, facteur de croissance endothélial vasculaire

Outre le ciblage des molécules dérivées des astrocytes, la stimulation de la fonction des récepteurs liés aux astrocytes est également prometteuse pour la restauration de la plasticité neuronale et la reconstruction. Certaines molécules dérivées des astrocytes telles que S1P et ET agissent également comme des ligands des récepteurs astrocytaires, et les médicaments thérapeutiques probables sont indiqués dans le tableau 1. D'autres récepteurs tels que les récepteurs Toll-like [127], le récepteur purinergique [227], le récepteur du glutamate [228], les récepteurs hormonaux [10, 229] et les récepteurs cannabinoïdes [230] ont également attiré une large attention. Bien que nous ayons mentionné précédemment que MK-801, l'un des antagonistes des récepteurs du glutamate, s'était avéré améliorer l'intégrité synaptique et les résultats cognitifs dans l'étude expérimentale, mais malheureusement, les essais cliniques concernant les antagonistes des récepteurs du glutamate ont été largement menés mais n'ont pas réussi à fournir un bénéfice statistiquement significatif pour les patients TCC [231]. D'après Ikonomidou et al., l'échec pourrait être attribué à l'atténuation de la transmission synaptique, qui entrave la survie neuronale [228].

La modulation du microenvironnement inadapté post-TCC est également une stratégie thérapeutique considérable [140,141,142]. De manière pertinente, des agents pour réduire l'excitotoxicité du glutamate en augmentant les transporteurs de glutamate tels que la parawexine 1 et certains antibiotiques β-lactamines pourraient avoir un avantage thérapeutique [232, 233]. D'autres médiateurs thérapeutiques potentiels comprennent des agents pour la restauration de l'équilibre ionique et hydrique en ciblant les transporteurs Na + /H +, les cotransporteurs Na + /K + /2Cl − ou les échangeurs Na + /Ca2 + tels que les médicaments fluorényl [234, 235] et des agents qui favorisent la survie et la fonction neuronales tels que les neurotrophines recombinantes ou les peptidomimétiques [9]. Des agents qui modifient l'environnement de la lésion en modulant les réponses inflammatoires tels que la minocycline et l'étanercept ont également été proposés comme candidats potentiels à la neuroprotection [144, 171].

Nous avons précédemment passé en revue les progrès du traitement par cellules souches pour le TBI, qui n'a pas atteint un succès général dans l'application clinique [86]. Compte tenu du rôle vital des facteurs sécrétés par les astrocytes dans la neurogenèse et la différenciation neuronale, une combinaison de traitement par cellules souches et de fonctions astrocytaires peut présenter une nouvelle stratégie thérapeutique. En outre, les ARN non codants ont également un potentiel thérapeutique car les astrocytes expriment divers ARN non codants, qui à leur tour contrôlent les fonctions astrocytaires [236, 237, 238]. Et il a été découvert que la solution saline hypertonique provoque une neuroprotection en régulant l'expression des ARN non codants [239].


Les références

Li, W., Li, K., Wei, W. & Ding, S. Approches chimiques de la biologie et de la thérapeutique des cellules souches. Cellule souche 13, 270–283 (2013).

Li, X., Xu, J. & Deng, H. Reprogrammation du destin cellulaire induite par les petites molécules : route prometteuse menant à Rome. Cour. Avis. Genet. Dév. 52, 29–35 (2018).

Cao, S. et al. Dynamique d'accessibilité de la chromatine lors de l'induction chimique de la pluripotence. Cellule souche 22, 529–542 (2018).

Fu, H. et al. Dynamique du rajeunissement des télomères lors de l'induction chimique en cellules souches pluripotentes. Cellules souches rep. 11, 70–87 (2018).

Hou, P. et al. Cellules souches pluripotentes induites à partir de cellules somatiques de souris par des composés à petites molécules. Science 341, 651–654 (2013).

Zhao, T. et al. L'ARN-Seq à cellule unique révèle des programmes dynamiques de type embryonnaire précoce lors de la reprogrammation chimique. Cellule souche 23, 31–45 (2018).

Zhao, Y. et al. Un état de type XEN relie les cellules somatiques à la pluripotence lors de la reprogrammation chimique. Cellule 163, 1678–1691 (2015).

Cao, N. et al. Conversion de fibroblastes humains en cardiomyocytes fonctionnels par de petites molécules. Science 352, 1216–1220 (2016).

Fu, Y. et al. Reprogrammation directe de fibroblastes de souris en cardiomyocytes avec des cocktails chimiques. Rés. 25, 1013–1024 (2015).

Hu, W. et al. Conversion directe de fibroblastes humains normaux et atteints de la maladie d'Alzheimer en cellules neuronales par de petites molécules. Cellule souche 17, 204–212 (2015).

Li, X. et al. Reprogrammation directe des fibroblastes via un état de type XEN induit chimiquement. Cellule souche 21, 264–273 (2017).

Li, X. et al. Reprogrammation directe par petites molécules de fibroblastes de souris en neurones fonctionnels. Cellule souche 17, 195–203 (2015).

Zhang, L. et al. Les petites molécules reprogramment efficacement les cellules astrogliales humaines en neurones fonctionnels. Cellule souche 17, 735–747 (2015).

Xu, J., Du, Y. & Deng, H. Reprogrammation directe de la lignée : stratégies, mécanismes et applications. Cellule souche 16, 119–134 (2015).

Xu, Y., Shi, Y. & Ding, S. Une approche chimique de la biologie des cellules souches et de la médecine régénérative. La nature 453, 338 (2008).

Guo, Z. et al. Reprogrammation directe in vivo de cellules gliales réactives en neurones fonctionnels après lésion cérébrale et dans un modèle de maladie d'Alzheimer. Cellule souche 14, 188–202 (2014).

Niu, W. et al. Reprogrammation in vivo des astrocytes en neuroblastes dans le cerveau adulte. Nat. Cell Biol. 15, 1164–1175 (2013).

Rivetti di Val Cervo, P. et al. Induction de neurones dopaminergiques fonctionnels à partir d'astrocytes humains in vitro et d'astrocytes de souris dans un modèle de maladie de Parkinson. Nat. Biotechnologie. 35, 444–452 (2017).

Shi, Z. et al. Conversion des fibroblastes en neurones à parvalbumine par un facteur de transcription, Ascl1, et le composé chimique forskoline. J. Biol. Chem. 291, 13560–13570 (2016).

Torper, O. et al. Génération de neurones induits par conversion directe in vivo. Proc. Natl. Acad. Sci. Etats-Unis 110, 7038–7043 (2013).

Huang, C., Tu, W., Fu, Y., Wang, J. & Xie, X. Reprogrammation cardiaque induite par des produits chimiques in vivo. Rés. 28, 686–689 (2018).

Heinrich, C., Spagnoli, F. M. & Berninger, B. Reprogrammation in vivo pour la réparation tissulaire. Nat. Cell Biol. 17, 204–211 (2015).

Srivastava, D. & DeWitt, N. Reprogrammation cellulaire in vivo : la prochaine génération. Cellule 166, 1386–1396 (2016).

Kroon, E. et al. L'endoderme pancréatique dérivé de cellules souches embryonnaires humaines génère des cellules sécrétant de l'insuline sensibles au glucose in vivo. Nat. Biotechnologie. 26, 443–452 (2008).

Liddelow, S. A. & Barres, B. A. Astrocytes réactifs : production, fonction et potentiel thérapeutique. Immunité 46, 957–967 (2017).

Wanner, I.B. et al. Les frontières des cicatrices gliales sont formées par des astrocytes allongés nouvellement proliférés qui interagissent avec les cellules inflammatoires et fibrotiques du corral via des mécanismes dépendants de STAT3 après une lésion de la moelle épinière. J. Neurosci. 33, 12870–12886 (2013).

Gregorian, C. et al. La suppression de Pten dans les cellules souches/progénitrices neurales adultes améliore la neurogenèse constitutive. J. Neurosci. 29, 1874–1886 (2009).

Cahoy, J.D. et al. Une base de données de transcriptome pour les astrocytes, les neurones et les oligodendrocytes : une nouvelle ressource pour comprendre le développement et le fonctionnement du cerveau. J. Neurosci. 28, 264–278 (2008).

Tien, A.-C. et al. La prolifération cellulaire régulée des précurseurs des astrocytes spatio-temporels implique la signalisation BRAF dans la moelle épinière des mammifères. Développement 139, 2477–2487 (2012).

Wang, Y. et al. Le circuit cholinergique direct septum-hippocampe atténue les crises en inhibant la somatostatine. Biol. Psychiatrie 87, 843–856 (2020).

Li, T., Bai, L., Li, J., Igarashi, S. & Ghishan, F. K. Sp1 est requis pour la régulation transcriptionnelle induite par le glucose du gène du transporteur vésiculaire 2 du glutamate de souris. Gastroentérologie 134, 1994–2003 (2008).

Wickersham, I.R. et al. Restriction monosynaptique du traçage transsynaptique à partir de neurones uniques génétiquement ciblés. Neurone 53, 639–647 (2007).

Callaway, E. M. Traçage de circuits transneuronaux avec des virus neurotropes. Cour. Avis. Neurobiol. 18, 617–623 (2008).

Tsiang, H., Koulakoff, A., Bizzini, B. & Berwald-Netter, Y. Neurotropisme du virus de la rage. Une étude in vitro. J. Neuropathol. Exp. Neurol. 42, 439–452 (1983).

Kreitzer, A. C. Physiologie et pharmacologie des neurones striataux. Annu Rev. Neurosci. 32, 127–147 (2009).

Lodato, S. & Arlotta, P. Génération de la diversité neuronale dans le cortex cérébral des mammifères. Annu. Rév. Cell Dev. Biol. 31, 699–720 (2015).

Grande, A. et al. Impact environnemental sur la reprogrammation neuronale directe in vivo dans le cerveau adulte. Nat. Commun. 4, 2373 (2013).

Hu, X. et al. Les astrocytes restreints à une région présentent une sensibilité hétérogène à la reprogrammation neuronale. Cellules souches rep. 12, 290–304 (2019).

Orive, G., Anitua, E., Pedraz, J. L. & Emerich, D. F. Biomatériaux pour favoriser la protection, la réparation et la régénération du cerveau. Nat. Rév. Neurosci. 10, 682–692 (2009).

Cheng, C. J., Tietjen, G. T., Saucier-Sawyer, J. K. & amp Saltzman, W. M. Une approche holistique pour cibler la maladie avec des nanoparticules polymères. Nat. Rev. Drug Discov. 14, 239–247 (2015).

Mitragotri, S., Burke, P. A. & Langer, R. Surmonter les défis de l'administration de produits biopharmaceutiques : stratégies de formulation et de livraison. Nat. Rev. Drug Discov. 13, 655–672 (2014).

Cai, Y. et al. L'élimination des cellules sénescentes par un promédicament ciblé sur la β-galactosidase atténue l'inflammation et restaure la fonction physique chez les souris âgées. Rés. 30, 574–589 (2020).


Les astrocytes traitent les informations synaptiques

Les astrocytes étaient classiquement considérés comme de simples cellules de soutien des neurones sans rôle significatif dans le traitement de l'information par le système nerveux. Cependant, des quantités considérables de preuves obtenues par plusieurs groupes au cours des dernières années ont démontré l'existence d'une communication bidirectionnelle entre les astrocytes et les neurones, ce qui a incité à réexaminer le rôle des astrocytes dans la physiologie du système nerveux. Alors que les neurones fondent leur excitabilité sur des signaux électriques générés à travers la membrane, les astrocytes fondent leur excitabilité cellulaire sur des variations de la concentration en Ca 2+ dans le cytosol. Cet article traite de nos connaissances actuelles sur les propriétés du signal Ca 2+ de l'astrocyte évoqué de manière synaptique, qui révèle que les astrocytes présentent des propriétés intégratives pour le traitement de l'information synaptique. Les astrocytes répondent sélectivement à différentes voies axonales, font la distinction entre l'activité de différentes synapses et leur signal Ca 2+ est modulé de manière non linéaire par l'activité simultanée de différentes entrées synaptiques. De plus, cette modulation du signal Ca 2+ dépend des propriétés intrinsèques cellulaires des astrocytes et est régulée de manière bidirectionnelle par le niveau d'activité synaptique. Enfin, les élévations de Ca 2+ des astrocytes peuvent déclencher la libération de gliotransmetteurs, qui modulent l'activité neuronale ainsi que la transmission et la plasticité synaptiques, assurant ainsi la communication bidirectionnelle avec les neurones. Par conséquent, les astrocytes peuvent être considérés comme des éléments cellulaires impliqués dans le traitement de l'information par le système nerveux.


Les astrocytes se connectent-ils et communiquent-ils chimiquement avec d'autres astrocytes ? - La biologie

Les microglies sont des cellules immunitaires résidentes du cerveau, qui dérivent d'une lignée cellulaire différente de toutes les autres cellules du cerveau. Ce sont des cellules très mobiles, qui patrouillent constamment dans le parenchyme cérébral.

Les astrocytes sont le plus gros composant cellulaire du cerveau et se développent à partir d'un progéniteur commun avec les neurones et les oligodendrocytes. Ils recouvrent tout le cerveau et ne migrent pas au cours de la physiologie normale. Ces deux types de cellules sont importants pour le développement normal du cerveau des mammifères et répondent rapidement aux maladies, infections et traumatismes.

La microglie et les astrocytes interagissent via des facteurs dépendants du contact et sécrétés pour moduler leur fonction pendant la santé normale et en cas de maladie. La microglie peut entraîner la réactivité des astrocytes via la libération de cytokines spécifiques, tandis que les astrocytes peuvent entraîner un dysfonctionnement de la microglie en retenant le cholestérol.

De nombreux outils existent pour manipuler à la fois la microglie et les astrocytes, cependant, l'élimination complète des astrocytes est actuellement impossible car cela entraîne la mort.

Les expériences scRNASeq doivent être à la fois suffisamment puissantes et prendre en compte les artefacts possibles résultant du sous-échantillonnage lors de la diffusion des résultats. Idéalement, les gènes différentiellement exprimés spécifiques aux clusters devraient être validés à l'aide de méthodes de visualisation (in situ hybridation ou approches transcriptomiques spatiales) et des tests fonctionnels.

Caution should be taken in the nomenclature of different ‘activation’ states of both microglia and astrocytes. While no method is perfect, the field needs to clearly state what constitutes a subset of cells: biologically relevant and functionally characterized descriptions will be the most beneficial.

Microglia–astrocyte interactions represent a delicate balance affecting neural cell functions in health and disease. Tightly controlled to maintain homeostasis during physiological conditions, rapid and prolonged departures during disease, infection, and following trauma drive multiple outcomes: both beneficial and detrimental. Recent sequencing studies at the bulk and single-cell level in humans and rodents provide new insight into microglia–astrocyte communication in homeostasis and disease. However, the complex changing ways these two cell types functionally interact has been a barrier to understanding disease initiation, progression, and disease mechanisms. Single cell sequencing is providing new insights however, many questions remain. Here, we discuss how to bridge transcriptional states to specific functions so we can develop therapies to mediate negative effects of altered microglia–astrocyte interactions.


Contenu

Astrocytes are a sub-type of glial cells in the central nervous system. Ils sont également connus sous le nom astrocytic glial cells. Star-shaped, their many processes envelop synapses made by neurons. In humans, a single astrocyte cell can interact with up to 2 million synapses at a time. [9] Astrocytes are classically identified using histological analysis many of these cells express the intermediate filament glial fibrillary acidic protein (GFAP). [10] Several forms of astrocytes exist in the central nervous system including fibreux (in white matter), protoplasmic (in grey matter), and radial. The fibrous glia are usually located within white matter, have relatively few organelles, and exhibit long unbranched cellular processes. This type often has astrocytic endfoot processes that physically connect the cells to the outside of capillary walls when they are in proximity to them. The protoplasmic glia are the most prevalent and are found in grey matter tissue, possess a larger quantity of organelles, and exhibit short and highly branched tertiary processes. The radial glial cells are disposed in planes perpendicular to the axes of ventricles. One of their processes abuts the pia mater, while the other is deeply buried in gray matter. Radial glia are mostly present during development, playing a role in neuron migration. Müller cells of the retina and Bergmann glia cells of the cerebellar cortex represent an exception, being present still during adulthood. When in proximity to the pia mater, all three forms of astrocytes send out processes to form the pia-glial membrane.

Development Edit

Astrocytes are macroglial cells in the central nervous system. Astrocytes are derived from heterogeneous populations of progenitor cells in the neuroepithelium of the developing central nervous system. There is remarkable similarity between the well known genetic mechanisms that specify the lineage of diverse neuron subtypes and that of macroglial cells. [11] Just as with neuronal cell specification, canonical signaling factors like sonic hedgehog (SHH), fibroblast growth factor (FGFs), WNTs and bone morphogenetic proteins (BMPs), provide positional information to developing macroglial cells through morphogen gradients along the dorsal–ventral, anterior–posterior and medial–lateral axes. The resultant patterning along the neuraxis leads to segmentation of the neuroepithelium into progenitor domains (p0, p1 p2, p3 and pMN) for distinct neuron types in the developing spinal cord. On the basis of several studies it is now believed that this model also applies to macroglial cell specification. Studies carried out by Hochstim and colleagues have demonstrated that three distinct populations of astrocytes arise from the p1, p2 and p3 domains. [12] These subtypes of astrocytes can be identified on the basis of their expression of different transcription factors (PAX6, NKX6.1) and cell surface markers (reelin and SLIT1). The three populations of astrocyte subtypes which have been identified are 1) dorsally located VA1 astrocytes, derived from p1 domain, express PAX6 and reelin 2) ventrally located VA3 astrocytes, derived from p3, express NKX6.1 and SLIT1 and 3) and intermediate white-matter located VA2 astrocyte, derived from the p2 domain, which express PAX6, NKX6.1, reelin and SLIT1. [13] After astrocyte specification has occurred in the developing CNS, it is believed that astrocyte precursors migrate to their final positions within the nervous system before the process of terminal differentiation occurs.

Astrocytes help form the physical structure of the brain, and are thought to play a number of active roles, including the secretion or absorption of neural transmitters and maintenance of the blood–brain barrier. [15] The concept of a tripartite synapse has been proposed, referring to the tight relationship occurring at synapses among a presynaptic element, a postsynaptic element and a glial element. [16]

  • De construction: They are involved in the physical structuring of the brain. Astrocytes get their name because they are "star-shaped". They are the most abundant glial cells in the brain that are closely associated with neuronal synapses. They regulate the transmission of electrical impulses within the brain.
  • Glycogen fuel reserve buffer: Astrocytes contain glycogen and are capable of gluconeogenesis. The astrocytes next to neurons in the frontal cortex and hippocampus store and release glucose. Thus, astrocytes can fuel neurons with glucose during periods of high rate of glucose consumption and glucose shortage. A recent research on rats suggests there may be a connection between this activity and physical exercise. [17]
  • Metabolic support: They provide neurons with nutrients such as lactate.
  • Glucose sensing: normally associated with neurons, the detection of interstitial glucose levels within the brain is also controlled by astrocytes. Astrocytes in vitro become activated by low glucose and are in vivo this activation increases gastric emptying to increase digestion. [18]
  • Blood–brain barrier: The astrocyte end-feet encircling endothelial cells were thought to aid in the maintenance of the blood–brain barrier, but recent research indicates that they do not play a substantial role instead, it is the tight junctions and basal lamina of the cerebral endothelial cells that play the most substantial role in maintaining the barrier. [19] However, it has recently been shown that astrocyte activity is linked to blood flow in the brain, and that this is what is actually being measured in fMRI. [20][21]
  • Transmitter uptake and release: Astrocytes express plasma membrane transporters such as glutamate transporters for several neurotransmitters, including glutamate, ATP, and GABA. More recently, astrocytes were shown to release glutamate or ATP in a vesicular, Ca 2+ -dependent manner. [22] (This has been disputed for hippocampal astrocytes.) [23]
  • Regulation of ion concentration in the extracellular space: Astrocytes express potassium channels at a high density. When neurons are active, they release potassium, increasing the local extracellular concentration. Because astrocytes are highly permeable to potassium, they rapidly clear the excess accumulation in the extracellular space. [24] If this function is interfered with, the extracellular concentration of potassium will rise, leading to neuronal depolarization by the Goldman equation. Abnormal accumulation of extracellular potassium is well known to result in epileptic neuronal activity. [25]
  • Modulation of synaptic transmission: In the supraoptic nucleus of the hypothalamus, rapid changes in astrocyte morphology have been shown to affect heterosynaptic transmission between neurons. [26] In the hippocampus, astrocytes suppress synaptic transmission by releasing ATP, which is hydrolyzed by ectonucleotidases to yield adenosine. Adenosine acts on neuronal adenosine receptors to inhibit synaptic transmission, thereby increasing the dynamic range available for LTP. [27]
  • Vasomodulation: Astrocytes may serve as intermediaries in neuronal regulation of blood flow. [28]
  • Promotion of the myelinating activity of oligodendrocytes: Electrical activity in neurons causes them to release ATP, which serves as an important stimulus for myelin to form. However, the ATP does not act directly on oligodendrocytes. Instead, it causes astrocytes to secrete cytokine leukemia inhibitory factor (LIF), a regulatory protein that promotes the myelinating activity of oligodendrocytes. This suggests that astrocytes have an executive-coordinating role in the brain. [29]
  • Nervous system repair: Upon injury to nerve cells within the central nervous system, astrocytes fill up the space to form a glial scar, and may contribute to neural repair. The role of astrocytes in CNS regeneration following injury is not well understood though. The glial scar has traditionally been described as an impermeable barrier to regeneration, thus implicating a negative role in axon regeneration. However, recently, it was found through genetic ablation studies that astrocytes are actually required for regeneration to occur. [30] More importantly, the authors found that the astrocyte scar is actually essential for stimulated axons (that axons that have been coaxed to grow via neurotrophic supplementation) to extend through the injured spinal cord. [30] Astrocytes that have been pushed into a reactive phenotype (termed astrogliosis, defined by upregulation of GFAP expression, a definition still under debate) may actually be toxic to neurons, releasing signals that can kill neurons. [31] Much work, however, remains to elucidate their role in nervous system injury.
  • Long-term potentiation: Scientists debate whether astrocytes integrate learning and memory in the hippocampus. Recently it has been shown that engrafting human glial progenitor cell in the nascent mice brains will cause the cells to differentiate into astrocytes. After differentiation these cells increase LTP and improve memory performance in the mice. [32]
  • Circadian clock: Astrocytes alone are sufficient to drive the molecular oscillations in the SCN and circadian behavior in mice, and thus can autonomously initiate and sustain complex mammalian behavior. [33]
  • The switch of the nervous system: Based on the evidence listed below, it has been recently conjectured in, [34] that macro glia (and astrocytes in particular) act both as a lossy neurotransmitter capacitor and as the logical switch of the nervous system. I.e., macroglia either block or enable the propagation of the stimulus along the nervous system, depending on their membrane state and the level of the stimulus.
Evidence supporting the switch and lossy capacitor role of glia as suggested in [34] [35]
Evidence type La description Les références
Calcium evidence Calcium waves appear only if a certain concentration of neurotransmitter is exceeded [36] [37] [38]
Electrophysiological evidence A negative wave appears when the stimulus level crosses a certain threshold. The shape of the electrophysiological response is different and has the opposite polarity compared to the characteristic neural response, suggesting that cells other than neurons might be involved. [39] [40]

Astrocytes are linked by gap junctions, creating an electrically coupled (functional) syncytium. [44] Because of this ability of astrocytes to communicate with their neighbors, changes in the activity of one astrocyte can have repercussions on the activities of others that are quite distant from the original astrocyte.

An influx of Ca 2+ ions into astrocytes is the essential change that ultimately generates calcium waves. Because this influx is directly caused by an increase in blood flow to the brain, calcium waves are said to be a kind of hemodynamic response function. An increase in intracellular calcium concentration can propagate outwards through this functional syncytium. Mechanisms of calcium wave propagation include diffusion of calcium ions and IP3 through gap junctions and extracellular ATP signalling. [45] Calcium elevations are the primary known axis of activation in astrocytes, and are necessary and sufficient for some types of astrocytic glutamate release. [46] Given the importance of calcium signaling in astrocytes, tight regulatory mechanisms for the progression of the spatio-temporal calcium signaling have been developed. Via mathematical analysis it has been shown that localized inflow of Ca 2+ ions yields a localized raise in the cytosolic concentration of Ca 2+ ions. [47] Moreover, cytosolic Ca 2+ accumulation is independent of every intracellular calcium flux and depends on the Ca 2+ exchange across the membrane, cytosolic calcium diffusion, geometry of the cell, extracellular calcium perturbation, and initial concentrations. [47]

Tripartite synapse Edit

Within the dorsal horn of the spinal cord, activated astrocytes have the ability to respond to almost all neurotransmitters [48] and, upon activation, release a multitude of neuroactive molecules such as glutamate, ATP, nitric oxide (NO), and prostaglandins (PG), which in turn influences neuronal excitability. The close association between astrocytes and presynaptic and postsynaptic terminals as well as their ability to integrate synaptic activity and release neuromodulators has been termed the tripartite synapse. [16] Synaptic modulation by astrocytes takes place because of this three-part association.

Astrocytomas Edit

Astrocytomas are primary intracranial tumors that develop from astrocytes. It is also possible that glial progenitors or neural stem cells can give rise to astrocytomas. These tumors may occur in many parts of the brain and/or spinal cord. Astrocytomas are divided into two categories: low grade (I and II) and high grade (III and IV). Low grade tumors are more common in children, and high grade tumors are more common in adults. Malignant astrocytomas are more prevalent among men, contributing to worse survival. [49]

Pilocytic astrocytomas are grade I tumors. They are considered benign and slow growing tumors. Pilocytic astrocytomas frequently have cystic portions filled with fluid and a nodule, which is the solid portion. Most are located in the cerebellum. Therefore, most symptoms are related to balance or coordination difficulties. [49] They also occur more frequently in children and teens. [50]

Fibrillary astrocytomas are grade II tumors. They grow relatively slowly so are usually considered benign, but they infiltrate the surrounding healthy tissue and can become malignant. Fibrillary astrocytomas commonly occur in younger people, who often present with seizures. [50]

Anaplastic astrocytomas are grade III malignant tumors. They grow more rapidly than lower grade tumors. Anaplastic astrocytomas recur more frequently than lower grade tumors because their tendency to spread into surrounding tissue makes them difficult to completely remove surgically. [49]

Glioblastoma multiforme is a grade IV cancer that may originate from astrocytes or an existing astrocytoma. Approximately 50% of all brain tumors are glioblastomas. Glioblastomas can contain multiple glial cell types, including astrocytes and oligodendrocytes. Glioblastomas are generally considered to be the most invasive type of glial tumor, as they grow rapidly and spread to nearby tissue. Treatment may be complicated, because one tumor cell type may die off in response to a particular treatment while the other cell types may continue to multiply. [49]

Neurodevelopmental disorders Edit

Astrocytes have emerged as important participants in various neurodevelopmental disorders. This view states that astrocyte dysfunction may result in improper neural circuitry, which underlies certain psychiatric disorders such as autism spectrum disorders and schizophrenia. [51] [6]

Chronic pain Edit

Under normal conditions, pain conduction begins with some noxious signal followed by an action potential carried by nociceptive (pain sensing) afferent neurons, which elicit excitatory postsynaptic potentials (EPSP) in the dorsal horn of the spinal cord. That message is then relayed to the cerebral cortex, where we translate those EPSPs into "pain." Since the discovery of astrocyte-neuron signaling, our understanding of the conduction of pain has been dramatically complicated. Pain processing is no longer seen as a repetitive relay of signals from body to brain, but as a complex system that can be up- and down-regulated by a number of different factors. One factor at the forefront of recent research is in the pain-potentiating synapse located in the dorsal horn of the spinal cord and the role of astrocytes in encapsulating these synapses. Garrison and co-workers [52] were the first to suggest association when they found a correlation between astrocyte hypertrophy in the dorsal horn of the spinal cord and hypersensitivity to pain after peripheral nerve injury, typically considered an indicator of glial activation after injury. Astrocytes detect neuronal activity and can release chemical transmitters, which in turn control synaptic activity. [48] [53] [54] In the past, hyperalgesia was thought to be modulated by the release of substance P and excitatory amino acids (EAA), such as glutamate, from the presynaptic afferent nerve terminals in the spinal cord dorsal horn. Subsequent activation of AMPA (α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole propionic acid), NMDA (N-methyl-D-aspartate) and kainate subtypes of ionotropic glutamate receptors follows. It is the activation of these receptors that potentiates the pain signal up the spinal cord. This idea, although true, is an oversimplification of pain transduction. A litany of other neurotransmitter and neuromodulators, such as calcitonin gene-related peptide (CGRP), adenosine triphosphate (ATP), brain-derived neurotrophic factor (BDNF), somatostatin, vasoactive intestinal peptide (VIP), galanin, and vasopressin are all synthesized and released in response to noxious stimuli. In addition to each of these regulatory factors, several other interactions between pain-transmitting neurons and other neurons in the dorsal horn have added impact on pain pathways.

Two states of persistent pain Edit

After persistent peripheral tissue damage there is a release of several factors from the injured tissue as well as in the spinal dorsal horn. These factors increase the responsiveness of the dorsal horn pain-projection neurons to ensuing stimuli, termed "spinal sensitization," thus amplifying the pain impulse to the brain. Release of glutamate, substance P, and calcitonin gene-related peptide (CGRP) mediates NMDAR activation (originally silent because it is plugged by Mg2+), thus aiding in depolarization of the postsynaptic pain-transmitting neurons (PTN). In addition, activation of IP3 signaling and MAPKs (mitogen-activated protein kinases) such as ERK and JNK, bring about an increase in the synthesis of inflammatory factors that alter glutamate transporter function. ERK also further activates AMPARs and NMDARs in neurons. Nociception is further sensitized by the association of ATP and substance P with their respective receptors (P2X3) and neurokinin 1 receptor (NK1R), as well as activation of metabotropic glutamate receptors and release of BDNF. Persistent presence of glutamate in the synapse eventually results in dysregulation of GLT1 and GLAST, crucial transporters of glutamate into astrocytes. Ongoing excitation can also induce ERK and JNK activation, resulting in release of several inflammatory factors.

As noxious pain is sustained, spinal sensitization creates transcriptional changes in the neurons of the dorsal horn that lead to altered function for extended periods. Mobilization of Ca 2+ from internal stores results from persistent synaptic activity and leads to the release of glutamate, ATP, tumor necrosis factor-α (TNF-α), interleukin 1β (IL-1β), IL-6, nitric oxide (NO), and prostaglandin E2 (PGE2). Activated astrocytes are also a source of matrix metalloproteinase 2 (MMP2), which induces pro-IL-1β cleavage and sustains astrocyte activation. In this chronic signaling pathway, p38 is activated as a result of IL-1β signaling, and there is a presence of chemokines that trigger their receptors to become active. In response to nerve damage, heat shock proteins (HSP) are released and can bind to their respective TLRs, leading to further activation.

Other pathologies Edit

Other clinically significant pathologies involving astrocytes include astrogliosis and astrocytopathy. Examples of these include multiple sclerosis, anti-AQP4+ neuromyelitis optica, Rasmussen's encephalitis, Alexander disease, and amyotrophic lateral sclerosis. [55] Studies have shown that astrocytes may be implied in neurodegenerative diseases, such as Alzheimer's disease, [56] [57] Parkinson's disease, [58] Huntington's disease, Stuttering [59] and amyotrophic lateral sclerosis, [60] and in acute brain injuries, such as intracerebral hemorrhage [61] and traumatic brain injury. [62]

A study performed in November 2010 and published March 2011, was done by a team of scientists from the University of Rochester and University of Colorado School of Medicine. They did an experiment to attempt to repair trauma to the Central Nervous System of an adult rat by replacing the glial cells. When the glial cells were injected into the injury of the adult rat's spinal cord, astrocytes were generated by exposing human glial precursor cells to bone morphogenetic protein (bone morphogenetic protein is important because it is considered to create tissue architecture throughout the body). So, with the bone protein and human glial cells combined, they promoted significant recovery of conscious foot placement, axonal growth, and obvious increases in neuronal survival in the spinal cord laminae. On the other hand, human glial precursor cells and astrocytes generated from these cells by being in contact with ciliary neurotrophic factors, failed to promote neuronal survival and support of axonal growth at the spot of the injury. [63]

One study done in Shanghai had two types of hippocampal neuronal cultures: In one culture, the neuron was grown from a layer of astrocytes and the other culture was not in contact with any astrocytes, but they were instead fed a glial conditioned medium (GCM), which inhibits the rapid growth of cultured astrocytes in the brains of rats in most cases. In their results they were able to see that astrocytes had a direct role in Long-term potentiation with the mixed culture (which is the culture that was grown from a layer of astrocytes) but not in GCM cultures. [64]

Studies have shown that astrocytes play an important function in the regulation of neural stem cells. Research from the Schepens Eye Research Institute at Harvard shows the human brain to abound in neural stem cells, which are kept in a dormant state by chemical signals (ephrin-A2 and ephrin-A3) from the astrocytes. The astrocytes are able to activate the stem cells to transform into working neurons by dampening the release of ephrin-A2 and ephrin-A3. [65]

In a study published in a 2011 issue of Biotechnologie naturelle [66] a group of researchers from the University of Wisconsin reports that it has been able to direct embryonic and induced human stem cells to become astrocytes.

A 2012 study [67] of the effects of marijuana on short-term memories found that THC activates CB1 receptors of astrocytes which cause receptors for AMPA to be removed from the membranes of associated neurons.

There are several different ways to classify astrocytes.

Lineage and antigenic phenotype Edit

These have been established by classic work by Raff et al. in early 1980s on Rat optic nerves.