Метаболизм глутамата в головном мозге: роль астроцитов

Метаболизм глутамата — основного возбуждающего нейромедиатора и предшественника ГАМК — в головном мозге чрезвычайно сложен и строго разделён между клеточными компартментами. Поддержание запасов этих нейромедиаторов полностью зависит от синтеза глутамина de novo в астроцитах, для которого необходимы анаплеротический фермент пируваткарбоксилаза и глутаминсинтетаза. Глутамат образуется непосредственно из глутамина при деамидировании под действием фосфат-активируемой глутаминазы; в ходе этой реакции также высвобождается аммиак. Глутамат играет ключевую роль в связи углеводного и аминокислотного обмена через цикл трикарбоновых кислот (ЦТК), а также участвует в переносе азота и поддержании гомеостаза аммиака в головном мозге. Особое строение концевых ножек астроцитов позволяет им быстро и эффективно удалять нейромедиаторы из синаптической щели, поддерживая гомеостаз, и обеспечивать глутамином пополнение запасов нейромедиаторов в глутаматергических и ГАМК-ергических нейронах. Поскольку цикл глутамат—глутамин является открытым и активно взаимодействует с другими метаболическими путями, синтез глутамина de novo в астроцитах помогает поддерживать его функционирование. Тонкая биохимическая специализация астроцитов позволяет им реагировать на небольшие изменения нейропередачи, динамически регулируя анаплеротические процессы и гликолиз, а также количество глутамата, окисляемого для получения энергии, по сравнению с количеством, непосредственно используемым для синтеза глутамина, в соответствии с потребностями нейропередачи. В этой главе обобщены данные о том, что астроциты — необходимые и динамичные участники глутаматергической и ГАМК-ергической нейропередачи в головном мозге.