Het mechanisme van zuurstofgebrek in de hersenen belemmert de geheugenvorming

samenvatting: Zuurstofgebrek in de hersenen veroorzaakt een feedbacklus waarbij glutamaat en stikstofmonoxide betrokken zijn, waardoor door hypoxie geïnduceerde langetermijnpotentiëring (aLTP) ontstaat. Dit proces verstoort de normale geheugenconsolidatiemechanismen, wat geheugenverlies na een beroerte kan verklaren. De studie biedt inzicht in de behandeling van geheugenproblemen bij patiënten met een beroerte.

Belangrijkste feiten:

1. AlTP treedt op tijdens tijdelijk zuurstofgebrek in de hersenen, waardoor het geheugen wordt aangetast.
2. Glutamaat en stikstofmonoxide vormen een feedbacklus die aLTP ondersteunt.
3. Het verstoren van deze lus kan helpen de normale geheugenfunctie na een beroerte te herstellen.

bron: oist

Wanneer we iets nieuws leren, communiceren onze hersencellen (neuronen) met elkaar via elektrische en chemische signalen. Als dezelfde groep neuronen vaak met elkaar communiceren, worden de verbindingen daartussen sterker. Dit proces helpt onze hersenen dingen te leren en te onthouden en staat bekend als langetermijnpotentiëring of LTP.

Een ander type LTP treedt op wanneer de hersenen tijdelijk geen zuurstof krijgen: door hypoxie geïnduceerde langetermijnpotentiëring of aLTP. aLTP remt het eerste proces, waardoor het leren en het geheugen worden aangetast. Daarom zijn sommige wetenschappers van mening dat aLTP een rol kan spelen bij de geheugenproblemen die optreden bij aandoeningen zoals een beroerte.

Onderzoekers van het Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) en hun medewerkers hebben het aLTP-proces in detail bestudeerd. Ze ontdekten dat het behouden van ALTP de aanwezigheid van het aminozuur glutamaat vereist, dat de productie van stikstofmonoxide (NO) in zowel neuronen als bloedvaten in de hersenen stimuleert. Dit proces vormt een positieve feedbacklus van glutamaat-niet-glutamaat.

Hun onderzoek werd gepubliceerd in iWetenschapHet suggereert dat de aanhoudende aanwezigheid van aLTP de consolidatieprocessen van het hersengeheugen kan belemmeren en het geheugenverlies kan verklaren dat bij sommige patiënten na een beroerte wordt waargenomen.

Hersenreactie op weinig zuurstof

Bij gebrek aan zuurstof in de hersenen komt glutamaat, een neurotransmitter, in grote hoeveelheden vrij uit de neuronen. Verhoogd glutamaat leidt tot de productie van NO. NO geproduceerd in neuronen en bloedvaten in de hersenen verbetert de afgifte van glutamaat uit neuronen tijdens aLTP. Deze glutamaat-geen-glutamaatcyclus blijft bestaan, zelfs nadat de hersenen voldoende zuurstof hebben gekregen.

“We wilden weten hoe zuurstofuitputting de hersenen beïnvloedt en hoe deze veranderingen optreden”, zegt dr. Han-Ying Wang, onderzoeker bij de voormalige Cellular and Molecular Synaptic Functions Unit bij OIST en hoofdauteur van het onderzoek.

“Het is bekend dat stikstofmonoxide betrokken is bij de afgifte van glutamaat in de hersenen als er sprake is van zuurstofgebrek, maar het mechanisme is nog niet duidelijk.”

Tijdens een beroerte, wanneer de hersenen geen zuurstof meer hebben, kan geheugenverlies (het verlies van recente herinneringen) een symptoom zijn. Het onderzoeken van de effecten van hypoxie op de hersenen is belangrijk vanwege de potentiële medische voordelen.

“Als we kunnen achterhalen wat er in die neuronen gebeurt als ze geen zuurstof hebben, zou dat kunnen wijzen in de richting van de behandeling van kanker”, zegt Dr. Patrick Stoney, een wetenschapper bij de Sensory and Behavioral Neuroscience Unit bij OIST en een voormalig lid van de Sensory and Behavioral Neuroscience Unit bij OIST-patiënten. Hij legde de eenheid uit van de cellulaire en moleculaire synaptische functie.

Hersenweefsel van muizen werd in een zoutoplossing geplaatst, waardoor de natuurlijke omgeving van levende hersenen werd gesimuleerd. Normaal gesproken wordt deze oplossing van zuurstof voorzien om aan de hoge zuurstofbehoefte van hersenweefsel te voldoen. Door zuurstof te vervangen door stikstof konden de onderzoekers cellen echter gedurende specifieke perioden van zuurstof beroven.

Het weefsel werd vervolgens onder een microscoop onderzocht en er werden elektroden op geplaatst om de elektrische activiteit van individuele cellen te registreren. De cellen werden gestimuleerd op een manier die nabootste hoe ze worden gestimuleerd in levende muizen.

Onderbreking van geheugen en leeractiviteit

De wetenschappers ontdekten dat het handhaven van ALTP geen enkele productie in zowel zenuwcellen als bloedvaten in de hersenen vereist. Samenwerkende wetenschappers van de Optical Neuroimaging Unit van OIST hebben aangetoond dat aLTP naast neuronen en bloedvaten ook de activiteit vereist van astrocyten, een ander type hersencel. Astrocyten voeren en ondersteunen de communicatie tussen neuronen en bloedvaten.

“Langdurig onderhoud van aLTP vereist een continue stikstofoxidesynthese. NO-synthese is zelfvoorzienend, ondersteund door de NO-glutamaatlus, maar het blokkeren van de moleculaire stappen van NO-synthese of die welke tot glutamaatafgifte leiden, verstoort uiteindelijk de lus en stopt aLTP. ”, legde professor Tomoyuki Takahashi, voormalig cel- en moleculaire groepsleider, de synaptische functiemodule uit bij OIST

Met name de cellulaire processen die aLTP ondersteunen, worden gedeeld door degenen die betrokken zijn bij geheugen- en leerconsolidatie (LTP). Wanneer aLTP aanwezig is, kaapt het de moleculaire activiteiten die nodig zijn voor LTP en het verwijderen van aLTP kan deze geheugenconsoliderende mechanismen redden.

Dit suggereert dat langdurige aLTP de geheugenvorming kan belemmeren, wat zou kunnen verklaren waarom sommige patiënten geheugen verliezen na een korte beroerte.

Professor Takahashi benadrukte dat de vorming van een positieve feedbacklus die ontstaat tussen glutamaat en NO wanneer de hersenen tijdelijk geen zuurstof krijgen, een belangrijke bevinding is. Het verklaart de persistentie van aLTP en kan een oplossing bieden voor door hypoxie veroorzaakt geheugenverlies.

Over dit nieuws gerelateerd aan geheugen- en neurowetenschappelijk onderzoek

auteur: Tomomi Okubo
bron: oist
communicatie: Tomomi Okubo-OIST
afbeelding: Afbeelding toegeschreven aan Neuroscience News

Originele zoekopdracht: Vrije toegang.
“Hypoxie-geïnduceerde hippocampale LTP wordt regeneratief geproduceerd door glutamaat en stikstofmonoxide uit axongliale endotheelaxonen.“Door Hanying Wang et al. iWetenschap

---

een samenvatting

Hypoxie-geïnduceerde hippocampale LTP wordt regeneratief geproduceerd door glutamaat en stikstofmonoxide uit axongliale endotheelaxonen.

Hoogtepunten

• Verhoogd glutamaat als gevolg van hypoxie bevordert de afgifte van glutamaat via niet-synthese
• Activering van de NMDA-receptor zorgt ervoor dat neuronen en vasculair endotheel niet vuren
• Glutamaat activeert endotheelcellen · Ca-synthese vindt niet plaats via astrocyten²⁺ En D-serine
• Door hypoxie geïnduceerde aanhoudende afgifte van glutamaat blokkeert geheugengerelateerde stimulus-geïnduceerde LTP

samenvatting

Voorbijgaande hypoxie veroorzaakt geheugenverlies en zenuwceldood. Dit wordt toegeschreven aan een verhoogde afgifte van glutamaat en is gemodelleerd als door hypoxie geïnduceerde langetermijnpotentiatie (aLTP). aLTP wordt gemedieerd door glutamaat- en stikstofmonoxide (NO)-receptoren en blokkeert door stimulus geïnduceerde LTP.

We hebben een signaalcascade stroomafwaarts van NO geïdentificeerd die leidt tot de afgifte van glutamaat en een glutamaat NO-lus die op regeneratieve wijze aLTP bevordert. alTP in endotheelcellen NO-synthase (eNOS)-knock-out muizen en blokkering van neuronale NOS (nNOS) activiteit suggereerden dat zowel nNOS als eNOS bijdragen aan aLTP.

Het resultaat van de immunokleuring toonde aan dat eNOS vooral tot expressie komt in het vasculaire endotheel. Voorbijgaande hypoxie veroorzaakt door de aanwezigheid van langdurige Ca²⁺ De stijging van astrocyten weerspiegelt aLTP.

Het blokkeren van het astrocytenmetabolisme of het uitputten van de NMDA-receptorligand schafte eNOS-afhankelijke alTP af, wat suggereert dat astrocyten Ca²⁺ Elevatie stimuleert de afgifte van D-serine van de binnenvoet naar het endotheel, waardoor NO vrijkomt dat door eNOS wordt gesynthetiseerd. Het axoendotheliale gliale axon is dus betrokken bij het verbeteren van de glutamaatafgifte op de lange termijn na voorbijgaande hypoxie.