Отключение астроцитов нарушает формирование памяти

Экспериментальные подходы к изучению этой проблемы варьируются от высокоточных методов на срезах тканей до комплексных исследований на живых организмах, в каждом из которых используются специфические методики для подавления функций глиальных клеток.

На срезах мозга (ex vivo) проводятся прецизионные электрофизиологические эксперименты, позволяющие напрямую изучать синаптическую пластичность. Исследователи применяют методику патч-кламп для прямого внутриклеточного манипулирования астроцитами. В таких работах, как исследование (Henneberger et al., 2010), кальциевые хелаторы, например, BAPTA, вводятся непосредственно в тело астроцита через пипетку. Это предотвращает возникновение кальциевых волн и последующее кальций-зависимое высвобождение глиотрансмиттеров.

В условиях, когда астроциты не могут выделять модуляторы, такие как D-серин, нейроны теряют способность поддерживать долгосрочную потенциацию, что также подтверждается более ранними базовыми работами по синаптической модуляции (Perea and Araque, 2007).

Также на срезах исследуют пластичность, зависящую от времени спайков, где было показано, что сигнализация астроцитов критически важна для настройки временных окон активации нейронов (Min and Nevian, 2012).

Исследования на культурах клеток, включающих совместное выращивание нейронов и астроцитов, позволяют детально анализировать биохимические каскады в контролируемой среде. Хотя такие модели лишены естественной архитектуры мозга, они эффективно используются для изучения молекулярных механизмов. Например, именно в клеточных моделях было детально охарактеризовано, как астроциты выделяют D-серин и как его отсутствие нарушает работу нейрональных NMDA-рецепторов (Yang et al., 2003).

Эти работы помогают понять тонкую химическую регуляцию глутаматергической передачи, которая ложится в основу более масштабных сетевых процессов.

Наиболее репрезентативные поведенческие данные получают в ходе экспериментов на целом организме (in vivo), где используются методы оптогенетики и хемогенетики на свободно перемещающихся животных.

В современных работах, таких как (Adamsky et al., 2018), исследователи применяют вирусные векторы для доставки светочувствительных белков или хемогенетических рецепторов (DREADDs) под специфическими глиальными промоторами. Это позволяет временно инактивировать или активировать астроциты в строго определенные временные интервалы — например, непосредственно в моменты обучения или последующей консолидации памяти в гиппокампе.

Оптогенетическое или хемогенетическое вмешательство в работу астроцитов у живых грызунов приводит к выраженным когнитивным дефицитам и невозможности зафиксировать след памяти (энграмму), доказывая ключевую роль астроцитарной сети в системной консолидации.

Список литературы

Adamsky, A., Dorfman, K., Hardwick, S. O., et al. (2018). Astrocytic activation generates context-specific memories. Nature Neuroscience.

Henneberger, C., Papouin, T., Oliet, S. H. R., and Rusakov, D. A. (2010). Long-term potentiation depends on release of D-serine from astrocytes. Nature.

Min, R., and Nevian, T. (2012). Astrocyte signaling controls spike timing-dependent plasticity in the hippocampus. Journal of Neuroscience.

Perea, G., and Araque, A. (2007). Astrocytes potentiate transmitter release at single hippocampal synapses. Science.

Yang, Y., Ge, W., Chen, Y., et al. (2003). Contribution of astrocytes to hippocampal long-term potentiation through release of D-serine. PNAS.