Niedriger Blutzucker, auch bekannt als Hypoglykämie, kann eine lebensbedrohliche situation, vor allem für Menschen mit Typ-1-diabetes, die verlassen sich auf eine intensive insulin-Therapie, um zu verhindern, dass der Blutzuckerspiegel zu hoch. Lösungen zu diesem problem kommen kann, von einem besseren Verständnis der grundlegenden Mechanismen, halten Blutzucker in balance.
An der Baylor College of Medicine und anderen Institutionen, Forscher, geführt von Dr. Yong Xu, associate professor für Pädiatrie-Ernährung und molekulare und zelluläre Biologie am Baylor identifiziert eine Gruppe von einzigartigen Glukose-sensing-Neuronen im Gehirn und wie Sie zusammenarbeiten, um zu verhindern, dass schwere Hypoglykämien bei Mäusen. Ihre Ergebnisse erscheinen in der Fachzeitschrift „Nature Communications“.
„Glucose-sensing-Neuronen Sinn Schwankungen im Blutzuckerspiegel und reagieren, indem Sie schnell abnehmende oder zunehmende feuern Ihre Aktivitäten. Diese Antwort kann zu Veränderungen im Verhalten, um zu erhöhen die Blutzuckerwerte. Zum Beispiel, die Tiere beginnen zu Essen,“ Xu sagte. „Glucose-sensing-Neuronen kann auch Auswirkungen auf die Produktion von Hormonen wie Glukagon, die direkt regulieren Glukose-Produktion oder Aufnahme durch die peripheren Gewebe. Es ist ein feedback-system, das hält die balance des Blutzuckerspiegels.“
Glucose-sensing-Neuronen sind in mehreren Regionen des Gehirns. Xu und seine Kollegen konzentrierten sich auf Neuronen, die sich in einem kleinen Bereich, der sogenannten ventrolateral Unterteilung des ventromedialen hypothalamischen nucleus (vlVMH). Viele Neuronen in dieser region express östrogen-rezeptor-alpha und reagieren auf Glukose-Schwankungen im Blut, aber Ihre Funktionen im Glukosestoffwechsel wurde nicht speziell untersucht.
Eine einzigartige population von Neuronen
Die Forscher fanden, dass Neuronen in der vlVMH Zellkern von murinen Gehirn hatte, einzigartigen Eigenschaften.
Erste, Xu und seine Kollegen waren überrascht, dass, während in anderen VMH Unterteilungen etwa die Hälfte der Neuronen wurden glucose-sensing in den ventrolateral-Unterteilung alle, die östrogen-rezeptor-alpha-Neuronen wurden glucose-sensing. „Gerade diese Tatsache macht diese Gruppe von Neuronen, die ziemlich einzigartig,“ Xu sagte.
Sie fanden auch, dass, obwohl alle Nervenzellen in diesem Bereich Sinn, die Glukose, Sie reagieren nicht auf Veränderungen in der Blutzuckerspiegel in der gleichen Weise. Etwa die Hälfte der Neuronen sind „glucose-aufgeregt“ – Ihre feuern Aktivität erhöht, wenn Sie spüren, dass sich hohe Blutzuckerwerte und verringert, wenn Blutzuckerspiegel niedrig sind. Im Gegensatz dazu die andere Hälfte der Nervenzellen Glukose-gehemmt—Sie verringern die feuern, wenn Glukose ist hoch, und erhöhen Sie ihn, wenn glucose niedrig ist.
„Wir haben uns gefragt, warum diese Neuronen reagierten auf entgegengesetzte Weise, um die gleiche glucose-Herausforderung,“ Xu sagte.
Kombinierten die Forscher genetische Untersuchungen, pharmakologische, elektrophysiologische und CRISPR-gen-editing-Ansätze zu suchen in dieser Frage. Sie untersucht die Ionen-Kanäle, die jede Art von glucose-sensing-neuron verwendet, um reagieren zu Blutzuckerspiegel. Ionenkanäle sind große Moleküle, die formatfüllend auf die Zellmembranen der Neuronen. Die Kanäle, die Steuerung des Verkehrs von Ionen, also elektrisch geladene Atome oder Moleküle—in-und out-Neuronen, ein Prozess, der entscheidend ist für die Regulierung der neuronalen feuern Aktivitäten.
Die Forscher fanden heraus, dass Glukose-angeregten Neuronen eine KATP ionenkanälen, sondern die Glukose-inhibierten Neuronen verwendet eine andere Ionen-Kanäle genannt Ano4. „Die KATP ionenkanälen ist bekannt in unserer Branche, aber die Rolle des Ano4 Ionen-Kanal in glucose sensing hat sich noch nie gemeldet worden. Wir haben festgestellt, eine neue Ionen-Kanal ist wichtig für den glucose-Neuronen gehemmt.“
Eine koordinierte Wirkung, reguliert den Blutzucker
Neben Xu und Kollegen identifiziert, die die neuronalen schaltkreise, die beteiligt sind, wenn Glukose-aufgeregt und Glukose-inhibierten Neuronen reagieren zu niedrigen Blutzuckerspiegel. Sie entdeckten, dass die schaltungen wurden verschiedene—Glukose-angeregten Neuronen Projekt neuronale verbindungen zu einer Hirnregion, die Verschieden ist von der, die erreicht wird durch glucose-Neuronen gehemmt.
Mithilfe der optogenetik, einer Kombination von genetischen Veränderungen und Licht zu aktivieren spezifische neuronale schaltkreise, die Forscher zeigten an Mäusen, dass bei Glukose-gehemmten Neurone reagierten auf niedrigen Blutzuckerspiegels, der Sie aktiviert, eine Besondere Schaltung, und das Ergebnis war ein Anstieg des Blutzuckers. Auf der anderen Seite, wenn die Glukose-angeregten Neurone reagierten auf low blood glucose, gehemmt Sie einen anderen Stromkreis, aber das Ergebnis war ein Anstieg der Blutzuckerwerte.
„Wenn die Mäuse blutzuckersenkende, diese beiden schaltungen reglementiert ist, in einer gegenüberliegenden Art und Weise—man war begeistert, während der andere gehemmt—aber das Ergebnis war das gleiche, bringt Blutzucker auf ein normales Niveau,“ Xu sagte. „Dies ist ein perfektes feedback-system zur Regulierung des Blutzuckerspiegels.“