Los astrocitos, no solo las neuronas, juegan un papel en el sueño
ARRIBA: Los astrocitos en el cerebro del ratón generan un indicador de calcio fluorescente (oro) capturado con un microscopio de dos fotones.ASHLEY INGIOSI, CORTESÍA DE CURRENT BIOLOGÍA
Durante años, los investigadores han asumido que las señales en el cerebro que hacen que los mamíferos duerman provienen de las neuronas y que los astrocitos, células gliales que superan en número a las neuronas cinco a uno en el cerebro, seguían las neuronas. señales En un estudio publicado hoy (24 de septiembre) en Current Biology, , los investigadores muestran que los niveles de calcio, un marcador de actividad de señalización entre células, cambian en los astrocitos cuando los ratones duermen y se despiertan. Sin esta interacción entre los astrocitos, los ratones no compensan la pérdida de sueño como lo hacen normalmente, lo que indica que estas células en el cerebro tienen mucha más influencia en el sueño de lo que se pensaba anteriormente.
Hubo esta idea para un largo tiempo . . . que los astrocitos eran solo pegamento, uniendo el cerebro y son más como células pasivas, pero no es cierto, dice Sejal Davla, un postdoctorado en la Universidad de la Ciudad de Nueva York que no participó en el trabajo. Fue muy intrigante ver que los patrones de actividad que se ven en los astrocitos no están directamente coordinados con la actividad neuronal. Parece que las células hacen algo a su propio ritmo ya su manera.
Los astrocitos usan ondas de calcio para comunicarse entre sí porque no son eléctricamente excitables como las neuronas. Alrededor de la época en que Ashley Ingiosi comenzó un posdoctorado en el laboratorio de Marcos Frank, un neurocientífico de la Universidad Estatal de Washington, en 2015, las herramientas que permitían a los investigadores observar el calcio astrocítico estaban disponibles, incluido un sensor fluorescente que brilla con una intensidad que corresponde a la cantidad de calcio presente en las células. La elevación de las concentraciones de calcio en un astrocito es una forma de activación, y este aumento de calcio es un paso en los procesos que permiten que los astrocitos se comuniquen entre sí y con otros tipos de células, incluidas las neuronas. Entonces, cuanto más brillante es la fluorescencia, más activas son las células.
Ingiosi, Frank y sus colegas usaron esas herramientas para explorar cómo se comportan los astrocitos durante el ciclo de sueño-vigilia en ratones. Supervisaron la actividad del calcio en la corteza frontal de los ratones que se mantuvieron en su lugar para obtener imágenes de dos fotones, lo que les permitió obtener una visión detallada de los astrocitos individuales. Y equiparon a otros animales con un miniscopio, un microscopio del tamaño de un Lego que se adhiere a la cabeza para monitorear la actividad de los astrocitos a medida que los animales se movían y se comportaban como de costumbre, lo que incluía quedarse dormido y despertarse.
Con el miniscopio puesto la cabeza, realmente tienen ratones que se comportan libremente, dice Philip Haydon, neurocientífico de la Universidad de Tufts y antiguo colaborador de Frank que no participó en el estudio. No tienen que ponerlos bajo anestesia, por lo que en realidad están viendo transiciones naturales entre estos estados. Nos lleva un largo camino ver qué está haciendo el astrocito.
Los investigadores determinaron que el calcio astrocítico era más alto durante la vigilia y más bajo durante el sueño, cuando las señales de calcio también estaban menos sincronizadas entre los astrocitos. Cuando los ratones privados de sueño, vieron un aumento inmediato en los niveles de calcio cuando la necesidad de sueño de los ratones era mayor. Luego descendieron mientras los ratones dormían.
La sincronización de las señales de calcio en los astrocitos a lo largo de los estados de sueño y después de la privación del sueño no coincidía exactamente con la sincronización de la actividad eléctrica neuronal. Si los cambios en la sincronía de los astrocitos fueran impulsados por las neuronas, escriben los autores, podrían haber esperado oscilaciones más lentas consistentes con la forma en que cambia la actividad neuronal durante el sueño, en lugar de una menor coordinación entre los astrocitos.
En el pasado, se pensaba que los astrocitos solo respondían pasivamente a la actividad neuronal, dice Ingiosi, pero ahora que vemos que la sincronía no solo imita lo que vemos en términos de sincronía neuronal en el cerebro a través de los estados, eso nos dice que los astrocitos en realidad podrían estar jugando un papel más directo en la regulación de nuestro comportamiento de sueño-vigilia de lo que habíamos considerado previamente.
Hay otro nivel de organización cerebral que desconocíamos que es tan dinámico como las neuronas.
Marcos Frank , Universidad Estatal de Washington
Cuando el equipo monitoreó ratones cuyos astrocitos carecían de una proteína que permite que el calcio ingrese a las células, estos ratones tenían niveles más bajos de calcio astrocítico durante la vigilia, pero aún gastaban alrededor de th La misma cantidad de tiempo en varios estados de sueño que los ratones de tipo salvaje. A veces, sin embargo, los defectos en la regulación del sueño no aparecen a menos que los ratones se mantengan despiertos, después de lo cual responden al aumento de la presión del sueño durmiendo más tiempo para compensar la pérdida de sueño. Cuando los investigadores privaron de sueño a los ratones con entrada de calcio alterada, esos animales durmieron menos que los ratones salvajes privados de sueño, lo que indica que el calcio astrocítico desempeña un papel en la regulación de la respuesta compensatoria a la privación del sueño.
Hay un todo otro nivel de organización cerebral del que desconocíamos que es tan dinámico como las neuronas. Nunca pudimos medirlo porque todo lo que teníamos en ese momento eran las herramientas que podían medir las neuronas, dice Frank.
En otro artículo publicado en Nature Communications el 6 de julio, los investigadores también encontraron un papel para la señalización del calcio astrocítico en el sueño. Esos autores utilizaron imágenes de dos fotones y un ratón knockout diferente para mostrar que el calcio astrocítico está involucrado en la regulación del sueño de ondas lentas. En conjunto, los dos estudios indican que estas células pueden tener más control sobre el sueño de lo que se creía anteriormente.
Es realmente agradable cuando dos grupos independientes obtienen los mismos resultados. Te dan ganas de creerles, dice Haydon, y agrega que ambos estudios apuntan a una variedad de preguntas abiertas.
Con este artículo y otros trabajos recientes, el campo está preparado para abordar algunas cuestiones fascinantes e interrelacionadas. preguntas sobre los mecanismos por los cuales los astrocitos regulan la actividad neuronal durante el sueño, coincide Kira Poskanzer, neurocientífica de la Universidad de California en San Francisco, que no participó en el estudio, en un correo electrónico a The Scientist. Estos objetivos mecanicistas incluyen identificar los mecanismos de señalización intracelular en los astrocitos que influyen en el sueño, describir qué características específicas del sueño están mediadas por los astrocitos, caracterizar los mecanismos del circuito que regulan los astrocitos y definir cómo. . . Los astrocitos ejercen una amplia influencia sobre la actividad neuronal que define el sueño.
AM Ingiosi et al., A role for astroglial calcio in mamiferian sleep and sleep regulator, Biología actual, doi:10.1016/j.cub.2020.08.052, 2020.
Corrección (24 de septiembre): el artículo se ha actualizado para aclarar cómo los ratones con entrada de calcio alterada en los astrocitos responden a la privación del sueño. El científico lamenta el error.  ;