Astroglial Glutamate Transporters, Calcium, and Mitochondria

项目摘要/摘要： -- 谷氨酸是哺乳动物中枢神经系统中最主要的兴奋性神经递质。 调节不同的神经功能，包括感觉和运动能力加工，以及学习和记忆能力。 这种兴奋性活动的旺盛需求是由血液流量的局部增加来满足的，尽管这种增加可能会增加。 在我们的生活中，血液流动是支持神经组织所需的能量的重要因素，也是传递信号的重要基础。 通过功能磁共振成像技术(FMRI)进行监测，这种影响的基础机制(S)将继续存在。 悬而未决。与其他经典的神经递质不同，这些神经递质直接被循环进入突触前神经。 终末，大多数谷氨酸被清除成星形胶质细胞，这种清除过程不是由两个Na+依赖的细胞介导的。 运输商，分别称为GLT-1和GLAST运输商(或分别称为EAAT2和EAAT1)。这两个运输商几乎没有。 星形胶质细胞在突触附近的细小突起和在星形胶质细胞上的表达均为独家表达。 我们最近发现，谷氨酸转运体、Na+/Ca2+交换器、线粒体和DNA都是有活性的。 从功能上讲，它们在星形胶质细胞的发育过程中相互作用。我们可以为我们的研究提供一个强大的、科学的技术前提。 假说认为，由于神经元细胞激活导致血液流量增加，这可能是由于谷氨酸将蛋白质输送到星形胶质细胞中。 在具体目标1中提出的研究中，我们将不使用双光子成像技术，并将其与药理学研究和遗传学研究相结合。 为了验证这一假说，我们试图通过操纵来检验这一假说，即谷氨酸和Na+/钙离子交换会增加体内的钙离子水平。 星形胶质细胞认为，这种钙离子浓度的增加是刺激引起的微动脉血压升高的必要因素。 在活体内直径增加。正常情况下，兴奋性呼吸活动会导致血液流量增加，但在某些特殊情况下不会。 我们的反应变得非常反转。在第二个具体的目标中，我们将不会测试防止线粒体死亡的假设。 对接星形胶质细胞的过程/终足的结果显示了夸张的刺激-激起的钙信号在终足和终足中的信号传递。 神经血管反应的反转。在急性中风后，血液流量的下降可以延伸到闭塞的血管以外。 血管。在具体的目标3中，我们将进一步检验这一假说，即局灶性脑缺血会导致更多的线粒体丢失。 星形胶质细胞的加工，以及夸张的刺激诱发的钙离子信号通路，在后脚、前肢和后肢的倒置。 在这些研究中，神经血管反应在半影区中的变化将不会定义一种新的影响神经元的机制。 活动会导致神经元血流量进一步增加，这将定义一种全新的调控机制，使这种反应发生逆转。 此外，还有一项研究确定了这些血液现象如何导致中风后观察到的血液流动失调。

PROJECT SUMMARY/ABSTRACT    Glutamate  is  the  predominant  excitatory  neurotransmitter  in  the  mammalian  central  nervous  system  and  mediates  diverse  functions  including  sensory  and  motor  processing,  as  well  as  learning  and  memory.    The  energetic demand of this excitatory activity is met by a localized increase in blood flow.  Although this increase  in blood flow is important to support the energy demands of neural tissue and represents the basis of the signal  monitored with functional magnetic resonance imaging (fMRI), the mechanism(s) that underlie this effect remain  unresolved.    Unlike  other  classical  neurotransmitters,  that  are  directly  recycled  into  the  presynaptic  nerve  terminal,  most  glutamate  is  cleared  into  astrocytes.    This  clearance  is  mediated  by  two  Na+-­dependent  transporters,  called  GLT-­1  and  GLAST  (or  EAAT2  and  EAAT1,  respectively).    These  transporters  are  almost  exclusively expressed by astrocytes and enriched on fine astrocyte processes near synapses and on astrocyte  endfeet.    We  have  recently  shown  that  glutamate  transporters,  Na+/Ca2+  exchangers,  and  mitochondria  are  functionally  coupled  to  one  another  in  astrocyte  processes.      We  provide  a  strong  scientific  premise  for  the  hypothesis that increases in blood flow upon neuronal activation are due to glutamate transport into astrocytes.   In studies proposed in Specific Aim 1, we will use 2-­photon imaging combined with pharmacologic and genetic  manipulations  to  test  the  hypothesis  that  glutamate  transport  and  Na+/Ca2+  exchange  increase  calcium  in  astrocyte  endfeet  and  that  this  increase  in  calcium  is  necessary  for  stimulus-­evoked  increases  in  arteriole  diameter in vivo.   Normally, excitatory activity causes an increase in blood flow, but under some circumstances,  the response becomes inverted.   In Specific Aim 2, we will test the hypothesis that preventing mitochondria from  docking in astrocyte processes/endfeet results in exaggerated stimulus-­evoked calcium signaling in endfeet and  inversion of the neurovascular response.  After a stroke, decreases in blood flow extend beyond the occluded  vessel.   In  Specific  Aim  3,  we  will  test  the  hypothesis  that  focal  ischemia  results  in a  loss of  mitochondria  from  astrocyte  processes,  exaggerated  stimulus-­evoked  calcium  signaling  in  endfeet,  and  inversion  of  the  neurovascular  response  in  the  penumbra      These  studies  will  define  a  novel  mechanism  by  which  neuronal  activity causes an increase in neuronal blood flow, will define a novel mechanism by which this response inverts,  and a determine how these phenomena contribute to dysregulated blood flow observed after stroke.