Nyckelkomponent i andningscentrum identifierad
De stjärnformade astrocyterna är mycket mer än stödjeceller i hjärnan. I en ny studie på möss visar forskare vid Karolinska Institutet att cellerna har en viktig funktion i hjärnstammens andningscentrum, bland annat genom att utsöndra inflammatoriska molekyler som reglerar andningen. Resultaten, som presenteras i den vetenskapliga tidskriften eLife, kan ge viktiga ledtrådar om andningssjukdomar och plötslig spädbarnskollaps.
Den livsviktiga andningen regleras från hjärnstammen i hjärnan, men mycket är fortfarande okänt om hur detta styrs. Det finns kontrollmekanismer som gör att kroppen till exempel reagerar på ökade halter av koldioxid i blodet så att vi inte dör. Eric Herlenius forskargrupp vid Karolinska Institutet har tidigare visat att molekylen prostaglandin E2 (PGE2), som normalt frigörs under inflammation och feber, frisätts i hjärnstammen vid höga koldioxidnivåer och påverkar andningens mönster och karaktär. Nu visar forskargruppen att så kallade astrocyter i hjärnstammens andningscentrum utsöndrar molekylen.
– Astrocyter har tidigare antagits fungera som ett slags lim som håller allting på plats i hjärnan, men ny forskning visar att de är inblandade i ett flertal betydelsefulla processer, däribland andningen. Vår studie visar att astrocyterna spelar en viktig roll i andningens reglering genom att påverka nervcellerna och deras nätverksaktivitet, säger Eric Herlenius, professor i pediatrik vid institutionen för kvinnors och barns hälsa.
För att kunna studera astrocyternas roll i andningsprocessen har forskarna använt sig av en egenutvecklad teknik där en del av hjärnstammen från en mus hålls vid liv i en skål. Nervceller och astrocyter fortsätter att vara hopkopplade och kan sända signaler samt genera rytmisk motornervsaktivitet som om de ”andas” i flera veckor. Mössens astrocyter var inmärkta med en fluorescerande molekyl och innehöll dessutom en receptor som forskarna kunde stimulera för att aktivera astrocyterna. De flesta astrocyter medverkade inte i andningen, men vissa av dem bildade ett eget funktionellt nätverk i andningscentrum och uppvisade rytmisk aktivitet liknande nervcellernas. Dessa astrocyter interagerade med nervcellerna och påverkade deras aktivitet och därigenom andningen.
– Det är känt sedan tidigare att astrocyterna kan signalera strax innan ett andetag men inte att det finns en koppling från astrocyter till nervceller på detta vis. Vår hypotes är att astrocyterna anpassar andningsprocessen med hjälp av bland annat inflammationsmolekylen PGE2 och på så vis kopplar samman andningen med det inflammatoriska systemet, säger David Forsberg, doktorand vid institutionen för kvinnors och barns hälsa och studiens försteförfattare.
Aktivering av astrocyterna ledde till förhöjda nivåer av PGE2 men också till att andningscentrums reaktion på höga koldioxidnivåer försvagades, vilket tyder på att astrocyterna blir uttröttade. Eftersom PGE2 frigörs under inflammation och feber föreslår forskarna att dessa tillstånd stör kroppens normala reaktioner på koldioxid, vilket kan leda till farliga andningsuppehåll.
– Vi vill nu ta reda på om uttröttning av astrocyterna kan förklara bland annat så kallade spädbarnskollapser, då nyfödda bebisar får plötsliga andningsproblem. Vid födseln reagerar nämligen kroppen med en kraftig stressreaktion som bland annat leder till förhöjda PGE2-nivåer hos barnet, och vi tror att detta kan bli farligt i kombination med höga koldioxidnivåer, säger David Forsberg.
Forskningen har finansierats av bland andra Vetenskapsrådet, Stockholms läns landsting, Karolinska Institutet, Hjärnfonden, Marianne och Marcus Wallenbergs Stiftelse och Hjärt-Lungfonden. Eric Herlenius är meduppfinnare i en patentansökan avseende biomarkörers koppling till sjukdomar i andningsorganen. Övriga studieförfattare har inte rapporterat några kommersiella intressen.
Publikation: ”Astrocytes release prostaglandin E2 to modify respiratory network activity”. David Forsberg, Thomas Ringstedt och Eric Herlenius. eLife, online 4 oktober 2017.
För mer information, kontakta:
Eric Herlenius, professor, överläkare
Institutionen för kvinnors och barns hälsa, Karolinska Institutet
Tel: 0707-87 89 87
E-post: Eric.Herlenius@ki.se
David Forsberg, doktorand
Institutionen för kvinnors och barns hälsa, Karolinska Institutet
Tel: 0735-88 89 21
E-post: David.Forsberg@ki.se
Karolinska Institutet är ett av världens ledande medicinska universitet med visionen att på ett avgörande sätt bidra till att förbättra människors hälsa. I Sverige står Karolinska Institutet för den enskilt största andelen medicinsk akademisk forskning och har det största utbudet av medicinska utbildningar. Varje år utser Nobelförsamlingen vid Karolinska Institutet mottagare av Nobelpriset i fysiologi eller medicin.
Taggar:
