Neuronaler Boost: Schlüsselrolle von Laktat bei der Gehirnentwicklung aufgedeckt

Zusammenfassung: Forscher entdeckten die entscheidende Rolle, die Laktat bei der Entwicklung neuronaler Stammzellen zu spezialisierten Neuronen spielt. Sie fanden heraus, dass Laktat Signale an diese Zellen sendet und so zur Veränderung und Stärkung neuronaler Funktionen beiträgt.

Die Studie deckt auf, wie Laktat, ein Nebenprodukt von Bewegung und Stoffwechsel, eine entscheidende Rolle bei der Gehirnentwicklung und der neuronalen Differenzierung spielen kann. Dies könnte zu potenziellen Methoden zur Nutzung der Laktatsignalisierung zur Vorbeugung oder Kontrolle kognitiver Erkrankungen führen.

Wichtige Fakten:

Quelle:Tohoku-Universität

Wissenschaftler der Universität Tohoku haben die entscheidende Rolle entdeckt, die Laktat bei der Entwicklung neuronaler Stammzellen zu spezialisierten Neuronen spielt, einem Prozess, der als neuronale Differenzierung bezeichnet wird.

Sie entdeckten auch ein Mittel, mit dem Laktat Signale an die Zellen sendet und dabei hilft, neuronale Funktionen zu modifizieren und zu stärken.

Einzelheiten ihrer Studie wurden am 10. Juni 2023 im Journal of Biological Chemistry veröffentlicht.

Laktat ist ein Nebenprodukt von Bewegung und Stoffwechsel. Glukose wird in Laktat umgewandelt, wenn die Sauerstoffversorgung der Zellen begrenzt ist, wodurch das Gehirn als Energiequelle dient.

Der Laktatspiegel im fötalen Gehirn steigt ab dem mittleren Stadium der Schwangerschaft an, was die bedeutende Rolle unterstreicht, die es bei der Gehirnentwicklung und der neuronalen Differenzierung spielt.

Aktuelle Studien und Berichte haben gezeigt, dass Laktat ein wichtiger Bestandteil unseres Nervensystems ist.

Sie haben gezeigt, dass Laktat als wichtiges zelluläres Signalmolekül im Nervensystem fungiert und dass der Laktatstoffwechsel an neuronalen Funktionen, einschließlich Neuroplastizität und Gedächtniskonsolidierung, beteiligt ist.

Die Rolle der Laktatsignalisierung in neuronalen Zellen war jedoch bisher unbekannt.

„Angesichts der wachsenden Belege dafür, dass Laktat in verschiedenen Zelltypen unter physiologischen und pathologischen Bedingungen signalregulierende Funktionen übernimmt, stellten wir die Hypothese auf, dass Laktat die neuronale Funktion beeinflusst, indem es die umfassende Genexpression verändert“, sagt Professor Ryoichi Nagatomi von der Graduate School of Biomedical Engineering der Tohoku-Universität Leiter des Forschungsteams zusammen mit dem Doktoranden Yidan Xu und dem außerordentlichen Professor Joji Kusuyama von der Tokyo Medical and Dental University.

Die Forscher testeten ihre Hypothese, indem sie die Genregulation von mit Laktat behandelten Zellen untersuchten, als NDRG3, ein Protein, von dem zuvor festgestellt wurde, dass es die Genregulation bei Vorhandensein von Laktat vermittelt, aus der Neuroblastomzelle SH-SY5Y entfernt wurde.

Sie fanden heraus, dass Laktat die neuronale Differenzierung auf eine Weise unterstützt, die von NDRG3 abhängt, und auf eine Weise, die dies nicht tut. Darüber hinaus stellten sie fest, dass zwei spezifische Transkriptionsfaktoren, TEAD1 und ELF4, während der neuronalen Differenzierung sowohl durch Laktat als auch durch NDRG3 kontrolliert werden.

Nagatomi und sein Team glauben, dass ihre Ergebnisse nicht nur das Grundwissen über Laktat erweitern, sondern auch als Grundlage für die Nutzung von Laktatsignalen zur Förderung von Bewegung oder zur Entwicklung von Medikamenten zur Vorbeugung oder Kontrolle kognitiver Erkrankungen dienen könnten.

„Unsere Ergebnisse liefern einen neuen Einblick in die Mechanismen, durch die sich durch körperliche Betätigung verursachte hohe Serumlaktatspiegel positiv auf das Nervensystem auswirken können.

„Da außerdem die durch körperliche Betätigung verursachten Veränderungen des Laktatspiegels gemessen werden können, können die Anpassungsänderungen in der Gehirnfunktion wie Kognition und Gedächtnisfunktion besser verstanden werden, wenn Veränderungen im Laktatspiegel berücksichtigt werden.“

Für die Zukunft plant das Team, die regulatorische Funktion von Laktat bei der Neuronen- und Gehirnentwicklung weiter zu untersuchen.

Autor:ÖffentlichkeitsarbeitQuelle:Tohoku-UniversitätKontakt:Öffentlichkeitsarbeit – Universität TohokuBild:Das Bild stammt von Neuroscience News

Ursprüngliche Forschung: Open Access: „Laktat fördert die neuronale Differenzierung von SH-SY5Y-Zellen durch auf Laktat reagierende Gensätze auf NDRG3-abhängige und -unabhängige Weise“ von Ryoichi Nagatomi et al. Zeitschrift für biologische Chemie

Abstrakt

Laktat fördert die neuronale Differenzierung von SH-SY5Y-Zellen durch auf Laktat reagierende Gensätze auf NDRG3-abhängige und -unabhängige Weise

Aktuelle Berichte zeigen, dass Laktat als Signalmolekül zur Regulierung der Genexpression und Proteinstabilität fungiert. Die Rolle der Laktatsignalisierung in neuronalen Zellen ist jedoch weiterhin unbekannt.

Hier haben wir gezeigt, dass Laktat alle Stadien der neuronalen Differenzierung der Neuroblastomzelllinien SH-SY5Y und Neuro2A von Menschen und Mäusen fördert, die durch eine erhöhte Expression neuronaler Marker und die Geschwindigkeit der Neuritenverlängerung gekennzeichnet sind.

Die Transkriptomik ergab viele auf Laktat reagierende Gensätze wie SPARCL1 in SH-SY5Y, Neuro2A und primären embryonalen neuronalen Zellen der Maus. Die Auswirkungen von Laktat auf die neuronale Funktion wurden hauptsächlich durch Monocarboxylattransporter 1 (MCT1) vermittelt.

Wir fanden heraus, dass das Mitglied der NDRG-Familie 3 (NDRG3), ein laktatbindendes Protein, durch Laktatbehandlung während der neuronalen Differenzierung stark exprimiert und stabilisiert wurde. Die kombinierte RNA-Seq von SH-SY5Y mit Laktatbehandlung und NDRG3-Knockdown zeigt, dass die fördernden Wirkungen von Laktat auf die neuronale Differenzierung durch NDRG3-abhängige und unabhängige Weisen reguliert werden.

Darüber hinaus haben wir identifiziert, dass das Mitglied der TEA-Domänenfamilie 1 (TEAD1) und der ETS-bezogene Transkriptionsfaktor 4 (ELF4) die spezifischen Transkriptionsfaktoren sind, die bei der neuronalen Differenzierung sowohl durch Laktat als auch durch NDRG3 reguliert werden. TEAD1 und ELF4 beeinflussen die Expression neuronaler Markergene in SH-SY5Y-Zellen unterschiedlich.

Diese Ergebnisse unterstreichen die biologische Rolle von extrazellulärem und intrazellulärem Laktat als entscheidendes Signalmolekül, das die neuronale Differenzierung verändert.

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