Глия-опосредованное синаптическое ремоделирование

Глиальные клетки активно формируют связи нейронных цепей, участвуя в образовании, созревании и устранении синапсов. Микроглия и астроциты, используя молекулярные сигналы, включающие компоненты иммунной системы, удаляют избыточные или неподходящие синапсы во время развития и продолжают влиять на структуру цепей во взрослом возрасте. Это сближение иммунных молекул и уточнения цепей является определяющей темой современной биологии глии.

Definition

Глия-опосредованное синаптическое ремоделирование — это процесс, посредством которого глиальные клетки, в частности микроглия и астроциты, способствуют формированию, уточнению и устранению синапсов, часто через иммунные сигналы, такие как комплемент, тем самым формируя связность нейронных цепей.

Scope

Эта тема охватывает то, как глия обнаруживает и удаляет синапсы, роль комплемента и активность-зависимых сигналов в маркировке связей для устранения, а также то, как эти механизмы развития могут реактивироваться при заболеваниях. Она рассматривается как тема механистической нейронауки в рамках нейроиммунной и глиальной сигнализации, а не как клиническое руководство.

Core questions

• Как микроглия и астроциты определяют, какие синапсы следует устранить?
• Какую роль играют белки комплемента в маркировке синапсов для удаления?
• Как нейронная активность влияет на глия-опосредованное удаление синапсов?
• Как механизмы развития прунинга могут реактивироваться при заболеваниях?

Key concepts

• Синаптический прунинг (удаление синапсов)
• Поглощение синапсов микроглией
• Классический каскад комплемента (C1q, C3)
• Активность-зависимое уточнение
• Сигналы, продуцируемые астроцитами, в обороте синапсов
• Уточнение цепей развития
• Аберрантный прунинг при заболеваниях

Mechanisms

Во время развития цепей избыточные синапсы устраняются для уточнения связности. Компоненты классического каскада комплемента, такие как C1q и C3, откладываются на подмножествах синапсов и, по-видимому, маркируют их для удаления. Микроглия, несущая рецепторы комплемента, поглощает эти помеченные синапсы, и этот процесс формируется нейронной активностью, так что менее активные входы преимущественно устраняются. Астроциты выделяют секретируемые сигналы, которые влияют на формирование и оборот синапсов. Данные показывают, что эти же комплемент- и микроглия-зависимые механизмы могут неадекватно реактивироваться, способствуя потере синапсов в моделях заболеваний.

Clinical relevance

Дисрегулированное глия-опосредованное прунинг (удаление синапсов) было связано в экспериментальных моделях с потерей синапсов при нейродегенеративных и нейроонтогенетических состояниях, что делает эти пути активной областью исследований заболеваний и терапевтических подходов. Эта статья описывает механизмы и то, как генерируются доказательства; она носит образовательный характер и не является основой для индивидуальной диагностики или лечения.

History

Идея о том, что синапсы производятся в избытке, а затем уточняются, восходит к классической нейронауке развития, но клеточные агенты устранения долгое время были неясны. В 2007 году работа показала участие классического каскада комплемента в устранении синапсов центральной нервной системы, а последующие исследования в 2011 и 2012 годах показали, что микроглия поглощает синапсы активность- и комплемент-зависимым образом. Более поздние исследования распространили эти механизмы на модели заболеваний, связав комплемент и микроглию с ранней потерей синапсов.

Debates

Насколько механизмы развития прунинга способствуют потере синапсов при заболеваниях?

Комплемент- и микроглия-зависимый прунинг хорошо подтвержден в развитии, но степень, в которой его реактивация вызывает потерю синапсов при нейродегенеративных и нейроонтогенетических расстройствах у человека, по сравнению с тем, что это один из многих факторов, все еще устанавливается.

Key figures

• Beth Stevens
• Ben Barres
• Rosa Paolicelli
• Dorothy Schafer

Seminal works

• stevens-2007
• paolicelli-2011
• schafer-2012

Frequently asked questions

Почему мозг устраняет синапсы?

Развивающиеся цепи изначально формируют больше синапсов, чем сохраняется; устранение избыточных или слабоактивных связей уточняет цепи в зрелые, эффективные сети, процесс, в котором глия играет активную роль.

Почему иммунные молекулы участвуют в прунинге синапсов?

Компоненты системы комплемента, части врожденного иммунитета, перепрофилируются в нервной системе для маркировки специфических синапсов для распознавания и поглощения микроглией, что иллюстрирует перекрытие между иммунной и нейронной сигнализацией.