Диссертация

Мы разработали новый методический подход, основанный на КР-микроспектроскопии, который впервые позволил оценить метаболические особенности глио-нейро-васкулярных взаимодействий в мозге во время функциональных нагрузок. Степень оксигенации кровеносных сосудов области S1 увеличивается во время локомоции, и сопровождается вазодилатацией артериол, и в меньшей степени, венул. Различия в заполненности ЭТЦ наблюдались для концевых ножек астроцитов, это указывает на неравномерную продукцию АФК, которые служат источником вторичного мессенджера NO, индуцирующего вазодилатацию.

Увеличение заполненности ЭТЦ в митохондриях астроцитов во время локомоции приводит к продукции сигнальной молекулы H2O2, которая играет важное значение в процессах обучения и памяти (Morant-Ferrando et al., 2023; Vicente-Gutierrez et al., 2019), и вероятно, при функциональных нагрузках. В нейронах во время локомоции уровень восст. цит. снижается, что свидетельствует об ускорении переноса электронов и усилении ОФ в ответ на увеличение энергетических потребностей. В астроцитах при локомоции в ЭТЦ увеличивается количество электронов, это может быть связано с замедлением их транспорта из-за подавления ОФ в силу активации гликолиза и β-окисления жирных кислот. Активация гликолиза в астроцитах используется для продукции большего количества лактата, который транспортируется в нейроны для поддержания их активного метаболизма, а именно, цикла Кребса и ОФ. Активация β-окисления жирных кислот в астроцитах увеличивает заполненность ЭТЦ электронами.

Функциональные отличия ответа ЭТЦ астроцитов и нейронов не опосредованы морфологическими перестройками или различием в распределении и морфологии митохондрий этих типов клеток in vivo.

Мы показали, что гипергликемия увеличивает относительное количество восст. цит. в ЭТЦ нейронов, но не в астроцитах in vivo (Kotova et al., 2023). Нейроны предпочтительно метаболизируют глюкозу через пентозофосфатный путь для обеспечения антиоксидантной защиты и клеточного выживания (Bolaños, 2016; Herrero-Mendez et al., 2009; Vaughn & Deshmukh, 2008) и используют лактат из астроцитов в качестве основного источника энергии для ОФ (Bolaños, 2016;Kasparov, 2016; Mächler et al., 2016). В астроцитах в ответ на гипергликемию происходит усиление гликолиза, а образующийся избыточный лактат транспортируется в нейроны, переводится в пируват и в виде кофермента А входит в цикла Кребса, в конечном счете увеличивая загрузку ЭТЦ электронами. При этом, судя по нашим данным, работа астроцитарной ЭТЦ при гипергликемии не меняется, поскольку гликолиз практически не поставляет пируват для цикла Кребса астроцитарных митохондрий.

Мы показали, что HFD способствует возникновению ряда метаболических изменений в астроцитах гиппокампа, но не в нейронах (Popov et al., 2022). В астроцитах наблюдается увеличение относительного содержания липидов, которые могут метаболизироваться за счет β-окисления жирных кислот и последующего ОФ в астроцитах (Ioannou et al., 2019). Увеличение относительного количества восст. цит. c- и b-типов в астроцитах после HFD указывает на перегрузку ЭТЦ электронами, вероятно связанную с увеличением поступления первичных доноров электронов, образующихся в результате β-окисления жирных кислот (Ioannou et al., 2019). Усиление катаболизма жирных кислот в астроцитах может способствовать продукции АФК, которые играют важную сигнальную роль в различных когнитивных процессах (Morant-Ferrando et al., 2023) и вероятно связаны с отмеченным улучшением исследовательского поведения мышей при HFD.

Эффективная доставка энергетических субстратов и регуляция нейропередачи зависит от морфологической пластичности мелких отростков астроцитов – листочков. Основным структурным элементом листочков астроцитов является белок эзрин (Derouiche & Geiger, 2019). Мы разработали новый подход для анализа морфологии астроцитов на основе метода быстрого марша и показали, что снижение количества эзрина в астроцитах гиппокампа приводит к уменьшению астроцитарного домена, вероятно это способствует менее эффективному охвату синаптической щели и влияет на нейропередачу.