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Studio: I neuroni dipercezione unici nel cervello impediscono l'ipoglicemia severa

Basse glicemie, conosciute come l'ipoglicemia, può essere una situazione pericolosa, particolarmente per la gente con il diabete di tipo 1 che conta su trattamento insulinico intensivo per impedire lo zucchero di sangue andare troppo su.

Le soluzioni a questo problema possono venire da una migliore comprensione dei meccanismi di base che tengono lo zucchero di sangue in bilanciamento.

All'istituto universitario di Baylor di medicina ed altre istituzioni, ricercatori piombo dal Dott. Yong Xu, professore associato di pediatria-nutrizione e di biologia molecolare e cellulare a Baylor, hanno identificato un gruppo di neuroni dipercezione unici nel cervello e come funzionano insieme per impedire l'ipoglicemia severa in mouse. I loro risultati compaiono nelle comunicazioni della natura del giornale.

Glucosio-percependo i neuroni percepisca le fluttuazioni nelle glicemie e risponda rapido facendo diminuire o aumentando le loro attività di infornamento. Questa risposta può avviare i cambiamenti nel comportamento ai livelli del glucosio di aumento. Per esempio, gli animali possono cominciare a mangiare,„

la Glucosio-percezione dei neuroni anche può pregiudicare la produzione degli ormoni quale glucagone che può direttamente regolamentare la produzione o l'assorbimento del glucosio dai tessuti periferici. È un sistema di feedback che tiene il bilanciamento del glucosio di sangue.„

Dott. Yong Xu, professore associato di Pediatria-Nutrizione e di biologia molecolare e cellulare, istituto universitario di Baylor di medicina

Glucosio-percependo i neuroni sono trovati in parecchie regioni del cervello. Xu ed i suoi colleghi messi a fuoco sui neuroni situati in una piccola zona hanno chiamato la sottodivisione ventrolateral del nucleo ipotalamico ventromedial (vlVMH).

Molti neuroni in questa regione esprimono l'ricevitore-alfa dell'estrogeno e rispondono alle fluttuazioni del glucosio nel sangue, ma le loro funzioni nel metabolismo del glucosio specificamente non erano state studiate.

Una popolazione unica dei neuroni

I ricercatori hanno trovato che i neuroni nel nucleo del vlVMH dei cervelli murini hanno avuti caratteristiche uniche.

In primo luogo, Xu ed i suoi colleghi sono stati sorpresi che, mentre in altre sottodivisioni di VMH circa la metà dei neuroni glucosio-stavano percependo, nella sottodivisione ventrolateral tutti i neuroni dell'ricevitore-alfa dell'estrogeno glucosio-stavano percependo. “Appena questo fatto rende questo gruppo dei neuroni abbastanza unico,„ Xu ha detto.

Egualmente hanno trovato che, sebbene tutti i neuroni in questa area percepissero il glucosio, non rispondono ai cambiamenti nel livello del glucosio allo stesso modo. Circa la metà dei neuroni è “glucosio-emozionante„ - i loro aumenti di attività di infornamento quando percepiscono gli alti livelli e diminuzioni del glucosio quando i livelli del glucosio sono bassi.

Al contrario, l'altra metà dei neuroni glucosio-è inibita - fanno diminuire l'infornamento quando il glucosio è alto e lo aumentano quando il glucosio è basso.

“Ci siamo domandati perché questi neuroni hanno risposto nei modi opposti alla stessa sfida del glucosio,„ Xu abbiamo detto.

I ricercatori hanno combinato gli approcci gene-modificare di delineamento, farmacologici, elettrofisiologici e di CRISPR genetici per esaminare questo problema. Hanno studiato i canali ionici che ogni tipo di neurone dipercezione usa per rispondere ai livelli del glucosio. I canali ionici sono grandi molecole che misurano attraverso le membrane cellulari dei neuroni.

I canali gestiscono il traffico degli ioni - atomi o molecole elettricamente fatti pagare - dentro e fuori dei neuroni, un trattamento che è cruciale per la regolamentazione delle attività di un neurone di infornamento.

I ricercatori hanno trovato che i neuroni glucosio-emozionanti utilizzano un canale ionico di KATP, ma i neuroni glucosio-inibiti hanno utilizzato un canale ionico differente chiamato Ano4.

“Il canale ionico di KATP è ben noto nel nostro campo, ma il ruolo del canale ionico Ano4 nella percezione del glucosio non è stato riferito mai. Abbiamo identificato un nuovo canale ionico che è importante per i neuroni glucosio-inibiti.„

Un effetto coordinato regolamenta il glucosio di sangue

Inoltre, Xu ed i colleghi hanno identificato i circuiti di un neurone che sono implicati quando i neuroni glucosio-emozionanti e glucosio-inibiti rispondono ai bassi livelli del glucosio di sangue. Hanno scoperto che i circuiti erano differenti - connessioni di un neurone del progetto glucosio-emozionante dei neuroni ad una regione del cervello che è differente da quella raggiunta dai neuroni glucosio-inibiti.

Facendo uso del optogenetics, di una combinazione di modifiche genetiche e di indicatore luminoso per attivare i circuiti di un neurone specifici, i ricercatori hanno indicato in mouse che quando i neuroni glucosio-inibiti hanno risposto ai bassi livelli del glucosio, hanno attivato un circuito particolare ed il risultato era un aumento del glucosio di sangue.

D'altra parte, quando i neuroni glucosio-emozionanti hanno risposto al glucosio di sangue basso, hanno inibito un circuito differente, ma il risultato egualmente era un aumento nei livelli del glucosio di sangue.

“Quando i mouse erano ipoglicemici, questi due circuiti sono stati regolamentati in un modo opposto - uno era emozionante mentre l'altro è stato inibito - ma il risultato era lo stesso, portando il glucosio di sangue ai livelli normali,„ Xu ha detto. “Questo forma un sistema di feedback perfetto per regolamentare i livelli del glucosio di sangue.„

Interessante, tutti i neuroni in questo gruppo importante esprimono l'ricevitore-alfa dell'estrogeno, un mediatore ben noto dell'ormone ovarico, estrogeno. In futuro, Xu ed i colleghi vogliono studiare se l'estrogeno svolga un ruolo nel trattamento dipercezione e se ci sono differenze di genere nelle funzioni di questi neuroni sul bilanciamento del glucosio.

Source:
Journal reference:

He, Y., et al. (2020) Estrogen receptor-α expressing neurons in the ventrolateral VMH regulate glucose balance. Nature Communications. doi.org/10.1038/s41467-020-15982-7.