Zusammenfassung: Octopamin, der wichtigste Neurotransmitter, der für die „Kampf-oder-Flucht“-Reaktion bei Wirbellosen verantwortlich ist, kann mit Gehirnzellen von Säugetieren kommunizieren, um den Zelltod zu verhindern.
Durch die Einführung von Octopamin in Astrozytenkulturen fanden die Wissenschaftler heraus, dass es die Produktion von Laktat anregt, das das Überleben der Zellen fördert, und diese Entdeckung könnte zu zukünftigen Therapien für neurodegenerative Erkrankungen führen.
Die Studie wirft auch Fragen über die Rolle von Octopamin in gesunden Gehirnen und seine Auswirkungen auf Lernen, Gedächtnis und Alterung auf.
Quelle: Nordwestliche Universität
Wissenschaftler der Northwestern Medicine haben herausgefunden, wie Octopamin, der wichtigste „Kampf-oder-Flucht“-Neurotransmitter bei Wirbellosen, mit anderen Zellen im Gehirn von Säugetieren kommuniziert, um den Zelltod zu verhindern, so eine in der veröffentlichte Studie Proceedings of the National Academy of Sciences.
Obwohl Octopamin immer noch in Spuren im Gehirn von Säugetieren vorkommt, wurde seine Funktion durch Epinephrin ersetzt. Die Rolle von Octopamin im menschlichen Gehirn, die lange Zeit als evolutionäres Überbleibsel bei Säugetieren galt, war bisher nicht gut verstanden.
In der aktuellen Studie wollten die Forscher zunächst verstehen, wie Astrozyten, die die Mehrheit der Zellen im menschlichen Zentralnervensystem ausmachen, zur Hirnfunktionsstörung bei neurodegenerativen Erkrankungen beitragen. In Astrozytenkulturen aus der Großhirnrinde von Mäusen fanden Wissenschaftler heraus, dass die Einführung von Octopamin in bestimmten Konzentrationen die Produktion von Laktat in den Astrozyten anregte und das Überleben der Zellen förderte.
„Unsere Ergebnisse sind bedeutsam, weil wir einen Weg gefunden haben, wie dieses Spurenamin, Octopamin, im Gehirn von Säugetieren wirkt“, sagte Gabriela Caraveo Piso, Ph.D., Assistenzprofessorin in der Ken and Ruth Davee Abteilung für Neurologie, Abteilung für Bewegungsstörungen .
„Betrachten Sie es wie ein SOS-Signal; Neuronen, die gestresst sind, senden dieses Signal an Astrozyten, um ihnen Energie zu senden, um Laktat zu senden. Auf der richtigen Ebene ermöglicht Octopamin den Astrozyten, dieses Notsignal zu lesen und Energie zu erzeugen, die die Zellen vor dem Tod durch ATP-Mangel schützt. Wenn zu viel Octopamin vorhanden ist, ist es so, als würde Rauch dem SOS im Weg stehen. Es kann von den Astrozyten nicht gelesen werden.“
Die Ergebnisse könnten dazu beitragen, zukünftige Therapien für Alzheimer, Parkinson und bipolare Störungen zu informieren, die alle mit fehlregulierten Octopaminspiegeln im Gehirn in Verbindung gebracht wurden, sagte Caraveo Piso.
„Laktat galt lange Zeit als Abfallprodukt. Aber es stellt sich heraus, dass dies nicht der Fall ist, es ist ein sehr wichtiger Brennstoff, den die Neuronen benötigen, um sich in höhere Energieformen umzuwandeln“, sagte Caraveo Piso. „Wir halten dies für wichtig, da dies Auswirkungen auf andere Krankheiten haben kann, bei denen der Octopaminspiegel verändert ist, einschließlich der Alzheimer-Krankheit und psychiatrischer Störungen.“
In Zukunft hoffen Piso und ihre Mitarbeiter, besser zu verstehen, wie Octopamin in gesunden Gehirnen wirkt.
„Was wir jetzt wissen wollen, ist: Passiert das nur unter krankheitsähnlichen Bedingungen? Oder spielt Octopamin eine Rolle unter physiologischen Bedingungen wie Lernen und Gedächtnis, wo Neuronen auch ein hoher Energiebedarf ausgesetzt ist?“ sagte Caraveo Piso.
„Da Octopamin den Laktatstoffwechsel in Astrozyten nutzen kann, sind wir auch daran interessiert, die Rolle des Laktatstoffwechsels im Gehirn in diesem Kontext von Gedächtnis, Lernen und Altern zu verstehen.“
Über diese Neuigkeiten aus der neurowissenschaftlichen Forschung
Autor: Olivia Dimmer
Quelle: Nordwestliche Universität
Kontakt: Olivia Dimmer – Northwestern University
Bild: Das Bild wurde von Neuroscience News angepasst
Ursprüngliche Forschung: Offener Zugang.
„Octopamin programmiert Astrozyten metabolisch um, um Neuroprotektion gegen α-Synuclein zu verleihen“ von Andrew Shum et al. PNAS
Abstrakt
Octopamin programmiert Astrozyten metabolisch neu, um Neuroprotektion gegen α-Synuclein zu verleihen
Octopamin ist ein etablierter Neurotransmitter von Wirbellosen, der an Kampf- oder Fluchtreaktionen beteiligt ist. Bei Säugetieren wurde seine Funktion durch Epinephrin ersetzt. Dennoch ist es in Spuren vorhanden und kann die Freisetzung von Monoamin-Neurotransmittern durch einen noch nicht identifizierten Mechanismus modulieren.
Hier entdeckten wir durch einen multidisziplinären Ansatz unter Verwendung von In-vitro- und In-vivo-Modellen der α-Synucleinopathie eine beispiellose Rolle für Octopamin bei der Förderung der Umwandlung von toxischen zu neuroprotektiven Astrozyten in der Großhirnrinde durch Förderung der aeroben Glykolyse.
Physiologische Konzentrationen von aus Neuronen stammendem Octopamin wirken auf Astrozyten über einen Spurenamin-assoziierten Rezeptor 1–Orai1–Ca2+–Calcineurin-vermittelter Signalweg zur Stimulierung der Laktatsekretion.
Die Laktataufnahme in Neuronen über den Monocarboxylase-Transporter 2-Calcineurin-abhängigen Signalweg erhöht ATP und verhindert Neurodegeneration. Pathologische Erhöhungen von Octopamin, die durch α-Synuclein verursacht werden, stoppen die Laktatproduktion in Astrozyten und schließen die metabolische Kommunikation mit Neuronen kurz.
Unsere Arbeit stellt eine einzigartige Funktion von Octopamin als Modulator des Astrozytenstoffwechsels und der anschließenden Neuroprotektion mit Auswirkungen auf α-Synucleinopathien bereit.