Astrocytes May Play a Driving Role in Glaucoma / Gli astrociti possono svolgere un ruolo guida nel glaucoma
Astrocytes May Play a Driving Role in Glaucoma / Gli astrociti possono svolgere un ruolo guida nel glaucoma
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
An astrocyte cell grown in tissue culture stained with antibodies to GFAP and vimentin. The GFAP is coupled to a red fluorescent dye and the vimentin is coupled to a green fluorescent dye. Both proteins are present in large amounts in the intermediate filaments of this cell, so the cell appears yellow, the result of combining strong red and green signals. The blue signal is DNA revealed with DAPI, and shows the nucleus of the astrocyte and of other cells in this image. Image was captured on a confocal microscope in the EnCor Biotechnology laboratory. / Una cellula di astrociti cresciuta in coltura tissutale macchiata di anticorpi contro GFAP e vimentina. Il GFAP è accoppiato ad un colorante fluorescente rosso e la vimentina è accoppiata ad un colorante fluorescente verde. Entrambe le proteine sono presenti in grandi quantità nei filamenti intermedi di questa cellula, quindi la cellula appare gialla, il risultato della combinazione di forti segnali rosso e verde. Il segnale blu è il DNA rivelato con DAPI, e mostra il nucleo dell'astrocita e di altre cellule in questa immagine. L'immagine è stata catturata al microscopio confocale nel laboratorio di biotecnologia EnCor.Credit: GerryShaw / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)
After a brain injury, cells that normally nourish nerves may actually kill them instead, a new study in rodents finds. This "reactive" phenomenon may be the driving factor behind neurodegenerative diseases like glaucoma, a leading cause of blindness.
Led by researchers at NYU Grossman School of Medicine, the study examined what happens when pressure builds up in the eye and damages the nerve cells that connect the eyes and brain. Although experts have long linked this condition to glaucoma, it remained unclear how excess pressure leads to cell death.
The new investigation revealed that increased pressure drove astrocytes -- a star-shaped glial cell of the central nervous system -- to release as-yet-unidentified neuron-killing toxins, possibly to "clear away" damaged cells. Meanwhile, excess pressure had little effect on nerves when astrocytes were not present. In addition, when astrocytes were prevented from reacting to pressure, neurons were damaged but not as badly.
"Our findings point to astrocytes as the true culprits behind nerve cell death and highlight a new way of treating a neurodegenerative disease like glaucoma," says study senior author Shane Liddelow, PhD, an assistant professor in the Department of Neuroscience and Physiology at NYU Langone Health. "Perhaps targeting astrocytes after an injury may be the way to keep neurons healthy and help prevent further deterioration."
Liddelow, also an assistant professor in the Department of Ophthalmology at NYU Langone, adds that while half of all brain cells are astrocytes, most research on glaucoma has historically focused on neurons, the electrically active cells that send messages throughout nerve tissue.
The study findings, he says, make clear that in order to understand neurodegenerative diseases, experts must look beyond neurons to the cells that surround them, including astrocytes, which are named after the Greek word for star.
His previous research in rodents showed that astrocytes could become reactive immediately after nerves are physically damaged. The new investigation, publishing online June 23 in the journal Cell Reports, is believed to be the first to show that reactive astrocytes kill cells over time in a process similar to what occurs in glaucoma, the study authors say.
In addition, the findings may help explain why brain cells continue to die long after excess pressure has been controlled. According to Liddelow, dying neurons spill inflammatory compounds into the surrounding tissue, which may further aggravate astrocytes and lead to a continuous cycle of cell destruction.
For their investigation, the study authors increased eye pressure for two weeks in several dozen rats and mice, some of which had been genetically engineered to lack these neuron-killing reactive astrocytes.
They found that while the unmodified mice lost up to half of the neurons in the injured area, those without toxic astrocytes saw little cell death. In addition, neurons that survived continued to send electrical signals.
To examine whether neurons survive if astrocytes are prevented from releasing toxins, the researchers increased pressure again, this time disrupting inflammation in some of the animals to prevent their astrocytes from becoming reactive.
Although the findings suggest that blocking astrocytes is a potential means of preventing nerve damage in glaucoma patients, he cautions that researchers do not yet know if the resulting effects are permanent or what side effects may occur.
Next, the research team plans to investigate if this treatment can actually improve vision in animals with glaucoma, as well as to study astrocyte behavior in related diseases like Alzheimer's, Parkinson's, and Lou Gehrig's disease.
Led by researchers at NYU Grossman School of Medicine, the study examined what happens when pressure builds up in the eye and damages the nerve cells that connect the eyes and brain. Although experts have long linked this condition to glaucoma, it remained unclear how excess pressure leads to cell death.
The new investigation revealed that increased pressure drove astrocytes -- a star-shaped glial cell of the central nervous system -- to release as-yet-unidentified neuron-killing toxins, possibly to "clear away" damaged cells. Meanwhile, excess pressure had little effect on nerves when astrocytes were not present. In addition, when astrocytes were prevented from reacting to pressure, neurons were damaged but not as badly.
"Our findings point to astrocytes as the true culprits behind nerve cell death and highlight a new way of treating a neurodegenerative disease like glaucoma," says study senior author Shane Liddelow, PhD, an assistant professor in the Department of Neuroscience and Physiology at NYU Langone Health. "Perhaps targeting astrocytes after an injury may be the way to keep neurons healthy and help prevent further deterioration."
Liddelow, also an assistant professor in the Department of Ophthalmology at NYU Langone, adds that while half of all brain cells are astrocytes, most research on glaucoma has historically focused on neurons, the electrically active cells that send messages throughout nerve tissue.
The study findings, he says, make clear that in order to understand neurodegenerative diseases, experts must look beyond neurons to the cells that surround them, including astrocytes, which are named after the Greek word for star.
His previous research in rodents showed that astrocytes could become reactive immediately after nerves are physically damaged. The new investigation, publishing online June 23 in the journal Cell Reports, is believed to be the first to show that reactive astrocytes kill cells over time in a process similar to what occurs in glaucoma, the study authors say.
In addition, the findings may help explain why brain cells continue to die long after excess pressure has been controlled. According to Liddelow, dying neurons spill inflammatory compounds into the surrounding tissue, which may further aggravate astrocytes and lead to a continuous cycle of cell destruction.
For their investigation, the study authors increased eye pressure for two weeks in several dozen rats and mice, some of which had been genetically engineered to lack these neuron-killing reactive astrocytes.
They found that while the unmodified mice lost up to half of the neurons in the injured area, those without toxic astrocytes saw little cell death. In addition, neurons that survived continued to send electrical signals.
To examine whether neurons survive if astrocytes are prevented from releasing toxins, the researchers increased pressure again, this time disrupting inflammation in some of the animals to prevent their astrocytes from becoming reactive.
Although the findings suggest that blocking astrocytes is a potential means of preventing nerve damage in glaucoma patients, he cautions that researchers do not yet know if the resulting effects are permanent or what side effects may occur.
Next, the research team plans to investigate if this treatment can actually improve vision in animals with glaucoma, as well as to study astrocyte behavior in related diseases like Alzheimer's, Parkinson's, and Lou Gehrig's disease.
ITALIANO
Dopo una lesione cerebrale, le cellule che normalmente nutrono i nervi possono effettivamente ucciderli invece, secondo un nuovo studio sui roditori. Questo fenomeno "reattivo" può essere il fattore trainante delle malattie neurodegenerative come il glaucoma, una delle principali cause di cecità.
Guidato dai ricercatori della NYU Grossman School of Medicine, lo studio ha esaminato cosa succede quando la pressione si accumula negli occhi e danneggia le cellule nervose che collegano gli occhi e il cervello. Sebbene gli esperti abbiano da tempo collegato questa condizione al glaucoma, non è chiaro come l'eccesso di pressione porti alla morte cellulare.
La nuova indagine ha rivelato che l'aumento della pressione ha spinto gli astrociti - una cellula gliare a forma di stella del sistema nervoso centrale - per rilasciare tossine non ancora identificate che uccidono i neuroni, probabilmente per "eliminare" le cellule danneggiate. Nel frattempo, l'eccesso di pressione ha avuto scarso effetto sui nervi quando non erano presenti astrociti. Inoltre, quando è stato impedito agli astrociti di reagire alla pressione, i neuroni sono stati danneggiati ma non così male.
"Le nostre scoperte indicano gli astrociti come i veri colpevoli della morte delle cellule nervose e evidenziano un nuovo modo di trattare una malattia neurodegenerativa come il glaucoma", afferma l'autore senior dello studio Shane Liddelow, PhD, professore associato presso il Dipartimento di Neuroscienze e Fisiologia della NYU Langone Salute. "Forse colpire gli astrociti dopo una lesione potrebbe essere il modo per mantenere sani i neuroni e aiutare a prevenire un ulteriore deterioramento."
Liddelow, anche professore associato presso il Dipartimento di Oftalmologia della NYU Langone, aggiunge che mentre metà delle cellule cerebrali sono astrociti, la maggior parte delle ricerche sul glaucoma si è concentrata storicamente sui neuroni, le cellule elettricamente attive che inviano messaggi attraverso il tessuto nervoso.
I risultati dello studio, afferma, chiariscono che per comprendere le malattie neurodegenerative, gli esperti devono guardare oltre i neuroni verso le cellule che li circondano, compresi gli astrociti, che prendono il nome dalla parola greca per stella.
Le sue precedenti ricerche sui roditori hanno dimostrato che gli astrociti potrebbero diventare reattivi immediatamente dopo che i nervi sono stati fisicamente danneggiati. La nuova indagine, pubblicata online il 23 giugno sulla rivista Cell Reports, è ritenuta la prima a dimostrare che gli astrociti reattivi uccidono le cellule nel tempo in un processo simile a quello che si verifica nel glaucoma, affermano gli autori dello studio.
Inoltre, i risultati possono aiutare a spiegare perché le cellule cerebrali continuano a morire molto dopo il controllo della pressione in eccesso. Secondo Liddelow, i neuroni morenti versano composti infiammatori nel tessuto circostante, il che può aggravare ulteriormente gli astrociti e portare a un ciclo continuo di distruzione cellulare.
Per la loro indagine, gli autori dello studio hanno aumentato la pressione oculare per due settimane in diverse dozzine di ratti e topi, alcuni dei quali erano stati geneticamente progettati per non avere questi astrociti reattivi che uccidono i neuroni.
Hanno scoperto che mentre i topi non modificati hanno perso fino a metà dei neuroni nell'area ferita, quelli senza astrociti tossici hanno visto la morte di piccole cellule. Inoltre, i neuroni sopravvissuti hanno continuato a inviare segnali elettrici.
Per esaminare se i neuroni sopravvivono se viene impedito agli astrociti di rilasciare tossine, i ricercatori hanno nuovamente aumentato la pressione, questa volta interrompendo l'infiammazione in alcuni animali per impedire ai loro astrociti di diventare reattivi.
Sebbene i risultati suggeriscano che il blocco degli astrociti sia un potenziale mezzo per prevenire danni ai nervi nei pazienti con glaucoma, avverte che i ricercatori non sanno ancora se gli effetti risultanti sono permanenti o quali effetti collaterali possono verificarsi.
Successivamente, il gruppo di ricerca prevede di indagare se questo trattamento può effettivamente migliorare la visione negli animali con glaucoma, nonché di studiare il comportamento degli astrociti in malattie correlate come il morbo di Alzheimer, il Parkinson e il morbo di Lou Gehrig.
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