Глобальная Нернстовская деполяризация астроцитов разрушается при локальной синаптической активности

Обучение словам в контексте является основным механизмом приобретения словарного запаса в детстве. У взрослых успешное понимание значения слова из контекста приносит внутреннее удовлетворение и связано с повышенной активностью в мозговых областях, отвечающих за вознаграждение. Остается неясным, поддерживают ли аналогичные механизмы вознаграждения обучение словам у детей и отличаются ли они в зависимости от уровня навыков. Мы использовали функциональную магнитно-резонансную томографию (фМРТ) для изучения нейронных реакций во время обучения словам в контексте у 25 детей в возрасте 11-13 лет с типичными читательскими навыками и у 20 сопоставимых по возрасту детей с дислексией. Нормические читатели продемонстрировали повышенную активацию в ключевых областях обработки вознаграждений, включая вентральный стриатум, когда успешно усваивали значения новых слов. В отличие от них, дети с дислексией не проявили сопоставимых реакций, связанных с вознаграждением, несмотря на выполнение той же задачи. Важно отметить, что эта разница между группами была специфической для обучения словам, поскольку не было значительных различий в реакциях вентрального стриатума во время небоярической задачи на материальное вознаграждение. Кроме того, чтобы подтвердить поведенческую значимость этих нейронных находок, мы исследовали независимую выборку детей, сопоставимую по возрасту. Мы обнаружили, что более сильные навыки чтения были связаны с большей удовлетворенностью во время успешного обучения словам. Вместе эти результаты предполагают, что взаимодействие между системами вознаграждения и языка во время обучения словам в контексте зависит от уровня чтения. Уменьшенная реакция внутреннего вознаграждения на успешное языковое обучение может способствовать различиям в развитии чтения и иметь последствия для разработки более увлекательных и эффективных интервенций для struggling readers.

Листки плазматической мембраны, созданные с помощью контролируемого механического разрушения, обеспечивают прямой доступ к цитозольной стороне плазматической мембраны при сохранении родной организации мембраноассоциированных белков и липидов. Здесь мы представляем протокол для генерации и валидации листков плазматической мембраны, полученных с использованием соникации, из культур клеток, первичных нейронов и изолированных синаптосом. Мы также описываем их применение для живой и фиксированной визуализации локализации мембранных белков, их организации, конформационной динамики и взаимодействий белков, а также количественных испытаний рекрутирования мембраноассоциированных синаптических пузырьков. Эта универсальная платформа сохраняет родную среду мембраны и одновременно позволяет проводить прямую визуализацию и количественный анализ мембраноассоциированных процессов с высоким пространственным разрешением. Протокол может быть легко адаптирован для изучения различных мембранных белков, зависимых от липидов механизмов и событий, связанных с прикреплением пузырьков, в широком круге клеточных систем.

Болезнь Альцгеймера (БА) определяется и стадийно классифицируется на основе стереотипного, прогрессирующего накопления амилоид-бета (A{beta}) бляшек и гиперфосфорилированных тау (pTau) нейрофибриллярных клубков в различных областях мозга. Эти области существенно различаются по своей архитектуре и функциям, но в значительной степени сохраняют клеточный состав, с некоторой региональной спецификацией. Поскольку патология накапливается, определенные нейроны теряются, а не нейронные клетки переходят в состояния, ассоциированные с болезнью, но остается неясным, являются ли типы клеток, пораженные в одной области, такими же в других областях. Здесь мы расширили Атлас клеток мозга при болезни Альцгеймера в Сиэтле (SEA-AD) на десять неокортекальных и аллокортекальных областей, охватывающих кортикальную дугу канонического стадирования БА, профилируя приблизительно семь миллионов ядер от 84 доноров с помощью секвенирования РНК с одиночными ядрами, ATAC-seq и Multiome наряду с количественной нейропатологией и секвенированием всего генома. Ядра были сопоставлены с расширенной референсной таксономией Инициативы BRAIN, содержащей 207 типов клеток, иерархическая псевдо-прогрессия обеспечила непрерывные, донорные уровни оценки патологии БА в каждой области и по всему мозгу, совместно моделируя A{beta} и pTau. Изменения в клетках были как высокоспецифичными, так и поразительно последовательными: лишь около 30% типов клеток изменились в относительной частоте, но те, кто изменился, изменились в согласованном направлении в различных областях. Конкретные подмножества ингибирующих интернейронов Sst, Lamp5, Vip, Sncg и Pvalb, а также миелинизирующих олигодендроцитов были потеряны скорее всего на самых ранних стадиях у донора с минимальной патологией, наряду с первоначальным появлением ассоциированных с БА микроглией; потеря типов возбуждающих нейронов L2/3 и некоторых глубоких слоев, резкий рост микроглии и появление реактивных астроцитов последовали у доноров на более поздних стадиях. Регионально специализированные популяции также оказались уязвимыми, включая ожидаемые аллокортекальные типы, а также, неожиданно, специализированные возбуждающие нейроны слоя 4 (L4 IT) первичной зрительной коры (V1C) и смешанные ингибирующие интернейроны Sst и Pvalb. Ключевые изменения воспроизводились в трех независимых когортах, охватывающих более 700 дополнительных доноров. Мы исследовали два взаимодополняющих уязвимых населения в механистических подробностях: регионально специализированные нейроны V1C L4 IT, которые были потеряны поздно, несмотря на то, что их широко считали устойчивыми, и пан-кортикальные интернейроны Sst, которые потерялись в первые стадии болезни. Применяя многогранный ИИ-рабочий процесс, который конструировал гипотезы, основанные на литературе из дифференциального экспрессии для нейронов L4 IT, были выделены гипервозбудимость, частично опосредованная высоким уровнем экспрессии NMDA-рецепторов, как сходный фенотип уязвимости. Уязвимые интернейроны Sst сходились на гипервозбудимости через частично различные пути и обогащались экспрессией генов, приоритизированных в GWAS для БА, связывая их уязвимость с генетической архитектурой БА. Эти данные, доступные на SEA-AD.org, предоставляют многофункциональный региональный каркас для сообщества, чтобы исследовать молекулярные и клеточные изменения прогрессирования БА.

Нейродегенеративные заболевания, включая болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, амитрофическую латеральную склероз и другие, представляют собой группу неврологических расстройств, характеризующихся прогрессирующей потерей нейронов в центральной нервной системе (ЦНС) и ухудшением функции ЦНС. Множество доказательств подчеркивают активацию клеток врожденного иммунитета в ЦНС, а именно микроглии и астроцитов, как характерные патологические признаки нейродегенерации и основные двигатели прогрессирования заболевания. Достижения в области генетических, нейропатологических и экспериментальных исследований также подчеркивают потенциальную роль адаптивной иммунной системы в патогенезе заболевания. Здесь мы подводим итоги современным представлениям о том, как адаптивный иммунитет может воздействовать на прогрессирование нейродегенеративных заболеваний, а также выделяем параллели между разными заболеваниями и потенциально общие механизмы. Мы также рассматриваем клеточные события, приводящие к рекрутированию периферических иммунных клеток в ЦНС, а также кандидатные антигены, вызывающие адаптивную иммунную реакцию. Наконец, мы обсуждаем потенциальные терапевтические стратегии лечения нейродегенеративных заболеваний через манипуляцию адаптивными иммунными клетками.

Трансгенерационная пластичность может формировать фенотип растений и влиять на реакцию растений на изменения в окружающей среде, взаимодействуя с текущими условиями. Хотя в последнее время все больше документируется, как предыдущий стресс взаимодействует с текущими оптимальными или стрессовыми условиями в рамках одного растения, трансгенерационная пластичность остается особенно плохо изученной, особенно на уровне метаболома. В нашем исследовании мы изучали, вызывает ли термический стресс трансгенерационные метаболические и фенотипические изменения в двух последовательных клонах подантарктического водного растения Limosella australis. Мы использовали ненаправленные метаболомные подходы и измеряли морфологические и производственные характеристики, чтобы оценить как трансгенерационную пластичность метаболома, так и фенотипа. Мы обнаружили, что термический стресс изменил метаболический профиль и повлиял на стратегию поиска пищи нашего клонированного растения, и что некоторые из этих метаболических изменений сохранялись в первом клонированном поколении. Это поколение, следовательно, приняло промежуточную стратегию роста, хотя условия культивирования были оптимальными. Сравнивая дифференциально накопленные элементы между дочерними клонами от термоусиливающих матерей и от матерей без стресса, мы идентифицировали общее и специфическое накопление метаболитов в ответ на термический стресс, относящихся к различным семействам соединений. Однако мы не наблюдали никаких адаптивных преимуществ и метаболических отпечатков во время другого термического стресса, примененного ко второму клонированному поколению. Эта работа предоставляет особенно новые подсказки о том, как метаболом растений интегрирует и передает информацию о предыдущих стрессовых клонированных поколениях.

Дисрегуляция фибробластов способствует патологической фиброзе и аномальному восстановлению. Новые данные свидетельствуют о том, что фибробласты накапливаются в поражениях после повреждения центральной нервной системы, но неясно, каким образом они влияют на восстановительные реакции олигодендроцитов, особенно в условиях старения. В данной работе мы сообщаем, что фибробласты накапливаются в паренхиме белого вещества спинного мозга молодыми мышами в возрасте 6–10 недель после демиелинизации, вызванной лиозолецитином. Это было впервые зафиксировано с помощью иммунофлуоресцентной микроскопии с использованием нескольких маркеров, относящихся к фибробластам, включая тромбоцитарный фактор роста-{бета}, коллаген тип 11, гладкомышечный актин, периостин и фибронектин; а также с использованием трансгенных мышей с отчетчиком TdTomato на основе тромбоцитарного фактора роста-{бета}. Одноядерная и пространственная транскриптомика поражений, вызванных лиозолецитином, установила наличие фибробластов в этих поражениях и выделила их из близкородственных перицитов. Анализ лиганды-рецепторы CellChat подчеркивает фибробласты в среде лиозолецитина как основной источник сигналов для микроглии/макрофагов и предшественников олигодендроцитов, с множеством взаимных взаимодействий. Проникновение фибробластов было стимулировано микроглией/макрофагами, как и ожидалось из их временного представления в поражениях, вызванных лиозолецитином, и из экспериментов в культуре тканей, где миграция фибробластов была усилена макрофагами. Особую значимость для спонтанных регенеративных событий при демиелинизации, вызванной лиозолецитином, имеет то, что области накопления фибробластов были свободны от предшественников олигодендроцитов. В культуре тканей предшественники олигодендроцитов не могли проникнуть в области фибробластов. Более того, накопление фибробластов после травмы, вызванной лиозолецитином, усиливается с увеличением возраста, что является известным фактором, препятствующим способности к ремиелинизации после травмы, и исключение предшественников олигодендроцитов из областей фибробластов у мышей в возрасте 48–52 недель превышает показатели у более молодых животных в возрасте 6–10 недель. Наконец, при анализе общедоступной базы данных одноядерной РНК при рассеянном склерозе мы обнаружили фибробласты на краях хронически активных и хронически неактивных поражений, а также в их центрах, но в меньшем количестве в перифокальных или нормальных белых веществах. Мы выявили несколько сетей коммуникации между фибробластами, микроглией/макрофагами и предшественниками олигодендроцитов в этих поражениях при рассеянном склерозе. Наши коллективные результаты демонстрируют роль фибробластов в невропатологии, ассоциированной с демиелинизацией, которая усугубляется старением, и подчеркивают важность регулирования фибробластов для содействия эффективному восстановлению центральной нервной системы.