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Comment les concentrations faibles de l'oxygène endommagent-elles le cerveau ?

Thought LeadersProfessor Paul Tesar
Kevin Allan
Tesar Laboratory

Dans cette entrevue, professeur Paul Tesar et Kevin Allan parlent à Nouvelles-Médical au sujet de la façon dont les niveaux à faible teneur en oxygène endommagent le cerveau et de la façon dont, avec davantage de recherche, nous pourrions aider à développer des traitements efficaces pour traiter les maladies neurologiques provoquées par les niveaux à faible teneur en oxygène.

Qu'a provoqué votre recherche dans le cerveau ? Pourquoi la compréhension est-elle le mécanisme derrière la fonction cérébrale si importante pour la recherche scientifique ?

Notre fuselage est une machine complexe qui exige de toutes ses pièces de synchroniser et communiquer correctement. Le cerveau agit comme un superordinateur qui met à jour activement presque tous les systèmes d'organe tout en simultanément nous donnant le don de percevoir notre environnement.

Le pouvoir incroyable de notre cerveau se prête pour être vulnérable aux nombreuses maladies, qui volent les personnes affectées les capacités que nous prenons souvent pour accorder-de memory et cognition à déménager une arme ou une patte. L'immenses complexité et fragilité de nos cerveaux laissent beaucoup de questions au sujet de fonction cérébrale sans réponse procurant une occasion à rechercher et à découvrir des demandes de règlement pour des patients.

Nos fuselages sont équipés des populations de cellule souche pour assister la réaction aux blessures et pour aider les tissus endommagés par régénéré. Les études de laboratoire de Tesar un type spécifique de cellule de tronc cérébral qui est requise d'effectuer la myéline, un revêtement de protection autour des neurones qui est exigé pour la santé correcte de cerveau. Cette myéline est endommagée dans les nombreuses maladies telles que la sclérose en plaques et l'infirmité motrice cérébrale, qui mènent à une multitude de sympt40mes débilitants.

En particulier, ces cellules productrices de myéline sont hautement susceptibles des dégâts du bas oxygène-ou de l'hypoxie. Apprendre comment ces cellules répondent à faible teneur en oxygène fournit l'analyse neuve dans les maladies neurologiques innombrables.

Cerveau

Crédit d'image : PopTika/Shutterstock.com

Pouvez-vous décrire pourquoi l'oxygène est critique pour le fuselage et particulièrement pour la fonction cérébrale ?

Quand l'oxygène a écrit l'ambiance, il y avait une décomposition en simultané de durée complexe car l'oxygène pourrait être employé pour la production d'énergie requise pour supporter des fonctionnements avancés de durée. Sans oxygène, nos cellules ne peuvent pas produire l'énergie priée pour survivre et mourir par la suite.

Le cerveau est l'organe le plus métaboliquement exigeant dans le fuselage et est pensé pour utiliser 20% de l'oxygène du fuselage. Par conséquent, il est prévisible que le cerveau soit l'un des organes qui sont les plus susceptibles de l'oxygène limité.

Qu'entraîne les niveaux à faible teneur en oxygène dans le cerveau, et le quel maladies neurologiques l'hypoxie prolongée pourrait-elle entraîner ?

À faible teneur en oxygène, ou hypoxie, peut endommager le cerveau dans les nombreuses maladies. Rappe, qui se produit quand le flux sanguin au cerveau est bloqué, est une principales cause du décès et invalidité aux Etats-Unis. La lésion cérébrale néonatale peut se produire quand un mineur est né prématurément, qui se produit presque 1 sur chaque 10 mineurs nés aux Etats-Unis.

Les prématurés hébergent fréquemment les poumons immatures et le réseau vasculaire de cerveau menant à la distribution faible de l'oxygène au cerveau se développant, éventuel aboutissant à circuler en voiture et aux déficits cognitifs. Les sympt40mes de détresse respiratoire, comme vus dans les patients avec COVID-19 sévère, peuvent également réduire des niveaux de l'oxygène dans le cerveau et le résultat dans le dommage au cerveau. La compréhension comment les cellules du cerveau répondent à faible teneur en oxygène avise la future thérapeutique visée réduisant à un minimum les dégâts ou faciliter la guérison.

COVID-19

Crédit d'image : GÉMEAUX PRO STUDIO/Shutterstock.com

Quels sont des facteurs hypoxie-inductibles (HIFs) et comment elles fonctionnent en réponse aux niveaux à faible teneur en oxygène ?

Vu la condition répandue pour l'oxygène pour la viabilité de cellules, tous les metazoans ont évolué un mécanisme assimilé pour répondre rapidement à faible teneur en oxygène par l'accumulation de facteurs hypoxie-inductibles appelés de protéines (HIFs). Ces répondeurs à faible teneur en oxygène continuellement sont effectués en toutes les cellules dans le fuselage ; cependant, en présence de l'oxygène, toutes les cellules dégradent rapidement ces protéines.

Dans l'hypoxie ou les états limités de l'oxygène, cette voie de dégradation est arrêtée et HIFs peut s'accumuler et elles lancent des programmes économisés pour améliorer la survie et pour atteindre à l'oxygène. L'élégance de ce mécanisme était le centre du prix 2019 Nobel, attribué à Bill Kaelin, à Gregg Semeza, et à Peter Ratcliffe.

Des protéines de HIF peuvent être considérées en tant que premiers répondeurs puissants se précipitant au sauvetage des cellules pour essayer de maintenir la cellule vivante aussi longtemps que possible dans le cadre d'à faible teneur en oxygène. Cependant, on le sait également que l'hypoxie est éventuel dommageable au fonctionnement de cellules. Comment ces répondeurs à faible teneur en oxygène, celui sont vraisemblablement protecteurs en toutes les cellules, finissez les cellules endommageantes était inconnu.

Dans votre dernière recherche, vous avez étudié comment ces protéines de répondeur fonctionnent. Pouvez-vous décrire comment vous avez effectué cette recherche ?

Dans le laboratoire de Tesar, nous avons frayé un chemin des approches neuves pour élever des cellules de tronc cérébral dans le laboratoire à une écaille et à une pureté élevées. Utilisant ces technologies, nous pouvions étudier comment les protéines de HIF endommagent des cellules souche dans le cerveau.

Nous avions l'habitude la technologie de CRISPR pour concevoir des cellules de tronc cérébral avec une protéine continuel activée HIF1a appelé de répondeur d'hypoxie. Ce modèle cellulaire puissant a reflété la réaction à la fonctionnalité nuie à faible teneur en oxygène et montrée.

Qu'avez-vous découvert ?

En comparant comment nos cellules de tronc cérébral répondent à HIFs avec d'autres tissus, nous avons constaté que tous les types de tissu ont eu les mêmes voies économisées upregulated pour adapter la cellule à l'oxygène, mais ce qui était étonnant était que tous les tissus ont eu une deuxième réaction qui dépendait de l'identité de tissu. En d'autres termes, en plus d'une réaction économisée partagée, les cellules de tronc cérébral et les cellules de coeur ont semblé à l'upregulate leur propres cerveau-détail et réaction de coeur-détail deuxièmes.

Il était tout à fait étonnant à nous que ces ancien et réaction économisée à la force à faible teneur en oxygène ont des effets divergents dans différents types de cellules. Nous avons ensuite expliqué que c'était la deuxième réaction de tissu-détail qui a nui le fonctionnement de cellules de tronc cérébral. C'était profond. Sont non seulement les cellules capables de la réponse dans différentes voies bas à base d'oxygène sur leur identité, mais cette réaction de tissu-détail est également capable d'endommager le fonctionnement de cellules.

Crédit d'image : https://www.cell.com/cell-stem-cell/fulltext/S1934-5909(20)30494-X#secsectitle0015

Comment votre recherche aidera-t-elle à développer de futurs traitements efficaces pour les maladies neurologiques provoquées par à faible teneur en oxygène ?

Nous avons exécuté un écran de médicament pour découvrir les composés potentiels qui pourraient remettre le fonctionnement de cellules de tronc cérébral des dégâts encourus par à faible teneur en oxygène. Nous avons découvert une famille de composés que nous pouvions sauver la fonction cellulaire sans influencer l'activité avantageuse de ces répondeurs à faible teneur en oxygène.

En d'autres termes, ces composés pouvaient sauver le fonctionnement de cellules en visant particulièrement la réaction à faible teneur en oxygène dommageable. Ceci nous a incités à nous rendre compte qu'il pourrait être possible au reframe concevant la thérapeutique pour les maladies provoquées par à faible teneur en oxygène par la recherche de la thérapeutique qui visent la réaction dommageable de tissu-détail de HIF tout en stockant le fonctionnement économisé avantageux de HIF.

Ces répondeurs à faible teneur en oxygène jouent un rôle dichotome en tant que le héros et voyou, qui met en valeur un besoin de former le modèle de médicament pour viser la réaction dommageable.

Croyez-vous que si des traitements efficaces sont développés, nous pouvons aider à combattre des lésions tissulaires provoquées par l'hypoxie ?

La capitalisation de trouver des médicaments pour pousser des cellules souche dans le cerveau pour régénérer des endroits endommagés offre la capacité de combattre des lésions tissulaires de l'hypoxie.

Notre travail explique qu'il est critique de comprendre comment le type spécifique de cellules est influencé par l'hypoxie pour le modèle thérapeutique rationnel. Avec ces nouvelles connaissances, l'exposition des médicaments qui peuvent viser les dégâts cellulaires spécifiques tout en laissant des fonctionnements avantageux de HIF intacts maximise la probabilité de remettre le fonctionnement de tissu.

Hypoxie

Crédit d'image : Vitalii Vodolazskyi/Shutterstock.com

Quelles sont les prochaines opérations dans votre recherche ?

Notre travail met en valeur un côté en noir précédemment inconnu à la réaction d'hypoxie en cellules. Ceci ouvre la trappe à une frontière neuve dans la biologie d'hypoxie concentrée sur les programmes de tissu-détail lancés par HIF. Nous essayons actuel de comprendre si ces programmes d'hypoxie de tissu-détail sont seulement impliqués dans la maladie ou s'ils pourraient jouer un rôle dans le développement normal en formant la réponse cellulaire aux gradients de l'oxygène qui sont présents car les tissus et les organes forment.

Éventuel, nous voudrions recenser les médicaments nouveaux qui évitent le côté délétère de la réaction d'hypoxie et introduisent la régénération de cerveau.

Où peuvent les lecteurs trouver plus d'informations ?

Au sujet de professeur Paul Tesar

Paul Tesar a reçu son diplôme de premier cycle de l'université occidentale de réserve de cas (CWRU) et a continué pour gagner son DPhil de l'université d'Oxford en tant que bénéficiaire d'une bourse prestigieuse des instituts de la santé nationaux. Ses études licenciées ont fourni une commande des vitesses de paradigme sur la façon dont nous comprenons et utilisons des cellules souche pour la recherche et le médicament pour lesquels il a gagné de nombreuses accolades, y compris la médaille de Beddington de la société britannique pour la biologie du développement et du Harold M. Weintraub Award de centre de cancérologie de Fred Hutchinson.Professeur Paul Tesar

Paul est actuel un professeur à M. Donald et professeur de bon homme de Weber de Ruth de thérapeutique novatrice à l'École de Médecine de CWRU dans les sciences de Service de Génétique et de génome. Son laboratoire a frayé un chemin des approches régénératrices neuves pour traiter des troubles de myéline du système nerveux central comprenant la sclérose en plaques, l'optica de neuromyelitis, les leukodystrophies pédiatriques, l'infirmité motrice cérébrale, et le cancer du cerveau.

Les accomplissements scientifiques de Paul ont été identifiés avec plusieurs récompenses prestigieuses comprenant être nommé un chercheur de Robertson de la fondation de cellule souche de New York en 2011, la société internationale pour récompense en suspens de chercheur de recherches de cellule souche la jeune en 2015, et la fondation de cheminée de New York - prix de cellule souche de Robertson en 2017. En 2019, Paul a été identifié en tant qu'une des affaires de Cleveland de Crain' « quarante au-dessous de 40" et a nommé « un héros du cru » dans la recherche universitaire par Cleveland.com.

Paul Co-a également fondé une société de biotechnologie basée sur Cleveland, thérapeutique de Convelo, maintenant partnered avec Genentech, pour avancer des traitements neufs du laboratoire dans des tests cliniques pour améliorer les durées des patients et de leurs familles.

Au sujet de Kevin Allan

Kevin Allan est de Boston, le Massachusetts, et a reçu son diplôme de premier cycle en neurologie de l'université de Rochester. Il est actuel dans sa dernière année de troisième cycle d'université comme partie du programme de formation de scientifique médical à l'université occidentale de réserve de cas.

Kevin a joint le laboratoire de Tesar en 2016 pour capitaliser de ses intérêts en neurologie et médicament régénérateur. L'utilisation génomique et les approches de produit chimique-génétique, le travail de Kevin explore les régulateurs nouveaux du développement de myéline dans le système nerveux central dans la santé et la maladie.Kevin Allan

Un aspect du travail de Kevin explique comment les dégâts à faible teneur en oxygène les cellules responsables de la formation de myéline dans le système nerveux central, qui a des implications pour les nombreuses maladies telles que l'infirmité motrice cérébrale et la rappe. Ce travail a été financé par une récompense de service de recherches de Ruth L. Kirschstein National de l'institut national des santés de l'enfant et du développement humain et a été identifié avec des récompenses.

En dehors de du laboratoire, Kevin sert sur le jeune comité de chercheur de la société américaine pour la neurochimie et dispense des événements scientifiques d'outreach pour la communauté plus grande de Cleveland.

Emily Henderson

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Emily Henderson

Emily Henderson graduated with a 2:1 in Forensic Science from Keele University and then completed a PGCE in Chemistry. Emily particularly enjoyed discovering new ideas and theories surrounding the human body and decomposition. In her spare time, Emily enjoys watching crime documentaries and reading books. She also loves the outdoors, enjoying long walks and discovering new places. Emily aims to travel and see more of the world, gaining new experiences and trying new cultures. She has always wanted to visit Australia and Indonesia.

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    Henderson, Emily. (2020, November 06). Comment les concentrations faibles de l'oxygène endommagent-elles le cerveau ?. News-Medical. Retrieved on November 27, 2020 from https://www.news-medical.net/news/20201106/Why-low-oxygen-damages-the-brain.aspx.

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