まとめ： 研究者らは、脳毛細血管における電気信号とカルシウム信号を統合する、電気カルシウム（E-Ca）カップリングと呼ばれる画期的な機構を発見した。このプロセスにより、脳の健康と認知機能にとって重要な、活動中のニューロンへの正確な血流の供給が保証されます。
彼らは高度なイメージングを使用して、電波がどのようにカルシウム活性を増幅し、脳の毛細血管ネットワーク全体の血流を微調整するかを実証しました。この発見は、中断された血流を回復することにより、アルツハイマー病などの神経疾患を対象とした治療法への道を開く可能性がある。
重要な事実:
- 電気カルシウムカップリング: 電気信号とカルシウム信号を統合して、脳毛細血管の血流を調節します。
- 血流の改善: 電気信号はカルシウムの活性を 76% 高め、毛細管ネットワークの同期を強化します。
- 治療の可能性: 血流を回復することでアルツハイマー病などの神経疾患を治療するための洞察を提供します。
バーモント大学ラーナー医科大学のマーク・ネルソン博士率いるUVM科学者のチームは、脳内で血流がどのように調節されているかについての理解を再構築する新しいメカニズムを発見した。
この研究は、 米国科学アカデミー紀要 (PNAS)米国科学アカデミー (NAS) の査読付きジャーナルは、脳毛細血管内の電気信号とカルシウム信号を統合して活動中のニューロンへの正確な血流供給を保証するプロセスである電気カルシウム (E-Ca) カップリングを紹介しています。
この発見は、脳内の血流の管理における毛細血管の重要な役割を強調しています。クレジット: 神経科学ニュース
人体では、血液は表面動脈から貫通細動脈、つまり動脈から分岐する非常に小さな血管と、灌流領域を大幅に広げる数百マイルの毛細血管を通って脳に送られます。
脳は、代謝的に非常に要求の高い器官であり、実質的なエネルギー貯蔵量に欠けていますが、血圧の変動に直面しても一定の血流を維持しますが（自動調節）、ニューロンの活動が局所的な血流の増加を引き起こし、選択的に血流を増加させるオンデマンドの送達プロセスに依存しています。活性領域に酸素と栄養素を分配します。
「神経血管結合（NVC）と総称される機構によって媒介される、使用に依存した局所血流の増加（機能性充血）は、正常な脳機能に不可欠であり、機能的磁気共鳴画像法の生理学的基礎を表しています」とネルソン氏は述べた。
「さらに、機能性充血を含む脳血流（CBF）の欠損は、明らかな臨床症状が現れるずっと前から、脳の小血管疾患（SVD）やアルツハイマー病の初期の特徴です。」
脳の血液送達は、毛細血管網を通って上流の細動脈に伝播して血液を送達する電気信号伝達や、局所的な血流を微調整するカルシウム信号伝達などのメカニズムに依存します。長年にわたり、これらのメカニズムは独立して動作すると考えられていました。
しかし、ネルソンの研究は、これらのシステムが E-Ca カップリングを通じて深く相互接続されており、電気信号が細胞へのカルシウムの侵入を促進し、局所的な信号を増幅して隣接する細胞に影響を拡大することを明らかにしています。
この研究は、毛細血管細胞における電気過分極が、カリウムレベルの変化を検出し、細胞から細胞へ電気信号を伝達することによって電気信号を増幅する細胞膜内の特殊なタンパク質である毛細血管内皮Kir2.1チャネルの活性化を通じて急速に広がることを実証した。
これにより、毛細管ネットワークを伝わる波状の電気信号が生成されます。同時に、細胞内貯蔵部位の膜に位置するタンパク質である IP3 受容体によって開始されるカルシウムシグナルが、特定の化学シグナルに応答して貯蔵されたカルシウムを放出します。
この局所的なカルシウムの放出は、血管反応を引き起こすことで血流を微調整します。 E-Ca カップリングは、Kir2.1 チャネルによって生成される電波でカルシウムの活性を高め、これら 2 つのプロセスを橋渡しし、局所的および広範囲の血流を調整する同期システムを作り出します。
研究者らは、高度なイメージングとコンピューター モデルを使用して、このメカニズムの動作を観察することができました。彼らは、毛細血管細胞内の電気信号がカルシウムの活性を 76% 高め、血流に影響を与えるカルシウムの能力を大幅に高めたことを発見しました。
研究チームがこれらの細胞を刺激して脳の活動を模倣すると、カルシウム信号が 35% 増加し、これらの信号が毛細血管網をどのように伝わるかがわかりました。
興味深いことに、彼らは信号が毛細血管床全体に均一に広がり、血流がどちらかの方向に偏ることなく、すべての領域でバランスが取れていることを発見しました。
「最近、UVMチームは、脳の小血管疾患やアルツハイマー病における脳血流の欠損が、電気信号伝達の必須補因子によって修正できることも実証した」とネルソン教授は述べた。
「現在の研究は、カルシウムシグナル伝達も回復できる可能性があることを示しています。いわば「聖杯」は、脳血管疾患における脳血流の早期回復が認知機能の低下を遅らせるかどうかです。」
この発見は、脳内の血流の管理における毛細血管の重要な役割を強調しています。
この研究は、電気とカルシウムの結合を通じて電気信号とカルシウム信号がどのように連携するかを特定することにより、酸素と栄養素の需要が最も高い領域に血液を効率的に導く脳の能力を明らかにするものである。
血流の障害は脳卒中、認知症、アルツハイマー病などの多くの神経疾患の特徴であるため、これは特に重要です。
E-Ca カップリングのメカニズムを理解することは、これらの症状の治療法を探索するための新しい枠組みを提供し、血流を回復または強化し、脳の健康を保護する治療法につながる可能性があります。
この画期的な進歩により、脳が認知機能と身体機能を維持するために重要なエネルギーバランスを維持する方法についても、より深い理解が得られます。
資金提供: この出版物で説明されている研究は、助成金 K99-AG-075175 (AM)、R01-NS-110656 (MTN)、RF1 のもと、国立老化研究所 (NIA) および国立神経疾患・脳卒中研究所 (NINDS) によって支援されました。 -NS-128963-01 (MTN)、および R01-NS-119971 (NMT)。
追加の資金は、国立一般医科学研究所 (NIGMS) から助成金 P20-GM-135007 (MTN & Mary Cushman) を通じて、国立心肺血液研究所 (NHLBI) から助成金 R35-HL-140027 (MTN) を通じて提供されました。 ）、キャリア開発賞（AM に 856791）およびポスドクフェローシップを通じて米国心臓協会に貢献(20POST35210155 から午前)。
トットマン医学研究トラスト (MTN)、欧州連合ホライズン 2020 研究イノベーション プログラム (助成契約 666881、SVDs@target、MTN)、および Leducq Foundation Transatlantic Network of Excellence (脳に関する国際卓越ネットワーク) からも支援を受けました。内皮: 脳小血管疾患の関係、MTN)。
この神経科学研究ニュースについて
独自の研究: 調査結果は以下に表示されます PNAS
1733788546
#電気信号とカルシウム信号が結合して脳機能を強化
2024-12-09 21:41:00