Motnje celične signalizacije v starajočih možganih: vpliv na možgansko presnovo in vedenje

Presnovna komunikacija med možganskimi celicami, nevroni in celicami glije, je ključnega pomena za ohranjanje kognitivnih funkcij v možganih, kot sta oblikovanje spomina in učenje. Glavni model presnovne komunikacije v možganih je prenos laktata med celicami glije (astrociti) in nevroni, pri čemer celice glije iz krvnega obtoka sprejemajo glukozo in jo v procesu aerobne glikolize, torej v prisotnosti kisika, pretvarjajo v laktat, ki se nato kot energijski substrat prenese do nevronov. Proces glikolize v celicah glije je uravnan z nevronsko aktivnostjo. Eden najpomembnejših regulatorjev možganske presnove na zahtevo je locus coeruleus-noradrenergični sistem, ki nadzoruje številne vidike kognicije, vključno s tvorbo spomina in učenjem. Noradrenergični sistem sprošča noradrenalin, ki z vezavo na adrenergične receptorje na celicah glije sproži aktivacijo znotrajceličnih signalnih poti prek Ca2+ in cikličnega adenozin monofosfata (cAMP), kar vodi v povečan privzem glukoze, aerobno glikolizo in nastanek laktata v celicah glije ter s tem presnovno podporo nevronom, ki laktat uporabijo kot hranilo. Učinkovitost delovanja noradrenergičnega sistema se s staranjem zmanjšuje, kar lahko prispeva k disregulaciji presnove in h kognitivnemu upadu v starajočih možganih. V projektu bomo spremljali presnovo v možganskih celicah med staranjem, da bi ugotovili, kateri tip celic in signalna pot v presnovni zanki med glijo in nevroni je odgovoren/a za disregulacijo presnove v možganih in s tem povezanim upadom kognitivnih in vedenjskih spodobnosti. Raziskali bomo, ali se pri staranju možganov poslabša sprejem hranil v možganske celice in uravnavanje celične presnove prek noradrenergičnih Ca2+ in cAMP signalov. Poskuse bomo izvedli v možganih transgene Drosophile melanogaster (ex vivo) in v rezinah možganskega tkiva miši C57BL/6J (in situ), ki selektivno v nevronih ali celicah glije izražajo genetsko kodirane znotrajcelične fluorescenčne senzorje za Ca2+ in presnovke (cAMP, glukoza, laktat). Možgansko tkivo bomo izpostavili zvečani koncentraciji zunajcelične glukoze in laktata in preverili ali se vnos hranil iz zunajceličnine v nevrone in celice glije razlikuje med mladimi in starimi živalmi. Nato bomo možgane drozofil in mišje možganske rezine mladih in starih živali izpostavili oktopaminergični (analogni noradrenergični stimulaciji sesalcev) oziroma noradrenergični stimulaciji. Spremembe v znotrajceličnih signalih Ca2+ in cAMP ter presnovkov v nevronih in gliji po stimulaciji možganskega tkiva bomo opazovali s fluorescenčno mikroskopijo v realnem času. Nato bomo preverili, ali je izražanje receptorjev podobnih adrenergičnim receptorjem v možganih starih drozofil spremenjeno, in z uporabo genetskih orodij poskušali rešiti s starostjo povezan upad lokomotornega vedenja in sicer s ponovno vzpostavitvijo normalne ravni izražanja receptorjev v starajočih možganih. Obnovitev normalnega celičnega signaliziranja in presnove v starajočih možganih bi lahko predstavljala novo terapevtsko strategijo za zdravljenje upada kognitivnih sposobnosti in s tem povezanih vedenjskih sprememb.