Die Proteinexpression des Astroglia-Kanals stimuliert die Atmung bei sauerstoffarmen Mäusen

Ein Abfall des Sauerstoffgehalts, selbst wenn er nur vorübergehend ist, kann für die Gehirnzellen kritisch sein. Das erklärt, warum das Gehirn mit Sauerstoffsensoren ausgestattet ist. In einer Studie veröffentlicht in Aktuelle Biologieberichten Forscher aus Japan und den Vereinigten Staaten, einen neuen Sauerstoffsensor im Gehirn von Mäusen gefunden zu haben.

Zellen beginnen unter sauerstoffarmen Bedingungen zu sterben, wobei die größten Sauerstoffverbraucher – wie die Zellen im Gehirn – als erste gehen. Als Reaktion darauf muss das Gehirn schnell reagieren, um den Körper dazu zu zwingen, mehr zu atmen.

Astrozyten, Stützzellen, die teilweise die Aktivität von Neuronen modulieren, die für die Atmung verantwortlich sind, reagieren auf niedrige Sauerstoffwerte, indem sie das Protein TRPA1 stark exprimieren. Wenn im Gehirn nicht genügend Sauerstoff vorhanden ist, induziert dieser Ausdruck auf der Oberfläche von Astrozyten die Sekretion von Gliotransmittern, die die neuronale Modulation für die Atmung bewirken.

„Viel Forschung in den letzten zehn Jahren hat gezeigt, dass Astrozyten als Sauerstoffsensoren fungieren, aber wir wissen sehr wenig über die tatsächlichen molekularen Veränderungen, die stattfinden“, erklärt der korrespondierende Autor Yasuo Mori.

Obwohl sich Astrozyten im Zentralnervensystem befinden, unterscheiden sie sich von Neuronen dadurch, dass sie auf neuronale Verletzungen reagieren und ein Unterstützungssystem für Neuronen und synaptische Verbindungen bereitstellen.

„Wir haben zuvor festgestellt, dass TRPA1-Proteine ​​Hypoxie und Hyperoxie in peripheren Neuronen wahrnehmen können“, fährt Mori fort und erklärt die Entscheidung des Teams, zu untersuchen, ob sie eine ähnliche Funktion in Astrozyten ausüben.

„Interessanterweise kann die Sequestrierung von TRPA1 nur in Gegenwart von normalem oder überschüssigem Sauerstoff erfolgen; bei Hypoxie wird die Prolylhydroxylase-Aktivität unterdrückt und TRPA1 wird auf der Astrozytenoberfläche exprimiert, nicht im Zytoplasma.“

Sobald TRPA1 die Plasmamembran erreicht hat, ermöglicht es den Astrozyten, Kalziumionen anzusammeln, was die Zellen dazu veranlasst, ATP abzusondern, wodurch respiratorische Neuronen moduliert werden. Es hat sich gezeigt, dass dies mehr Mäusen beim Atmen hilft.

Sobald sich der Sauerstoffgehalt erholt, erholt sich auch die Prolylhydroxylase, wodurch TRPA1 von der Membran in das Zytoplasma zurückgeführt wird.

„Während die Funktionen von Gehirnzellen von ihrer Position im Gehirn abzuhängen scheinen, stellen wir fest, dass andere Gehirnzellen andere Mechanismen verwenden, um Sauerstoff zurückzugewinnen“, schließt Nakao.