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Astrocytes regulate inhibitory neurotransmission through GABA uptake, metabolism, and recycling

神经传递 抑制性突触后电位 神经科学 新陈代谢 生物 化学 生物化学 受体
作者
Jens V. Andersen,Arne Schousboe,Petrine Wellendorph
出处
期刊:Essays in Biochemistry [Portland Press]
卷期号:67 (1): 77-91 被引量:16
标识
DOI:10.1042/ebc20220208
摘要

Abstract Synaptic regulation of the primary inhibitory neurotransmitter γ-aminobutyric acid (GABA) is essential for brain function. Cerebral GABA homeostasis is tightly regulated through multiple mechanisms and is directly coupled to the metabolic collaboration between neurons and astrocytes. In this essay, we outline and discuss the fundamental roles of astrocytes in regulating synaptic GABA signaling. A major fraction of synaptic GABA is removed from the synapse by astrocytic uptake. Astrocytes utilize GABA as a metabolic substrate to support glutamine synthesis. The astrocyte-derived glutamine is subsequently transferred to neurons where it serves as the primary precursor of neuronal GABA synthesis. The flow of GABA and glutamine between neurons and astrocytes is collectively termed the GABA-glutamine cycle and is essential to sustain GABA synthesis and inhibitory signaling. In certain brain areas, astrocytes are even capable of synthesizing and releasing GABA to modulate inhibitory transmission. The majority of oxidative GABA metabolism in the brain takes place in astrocytes, which also leads to synthesis of the GABA-related metabolite γ-hydroxybutyric acid (GHB). The physiological roles of endogenous GHB remain unclear, but may be related to regulation of tonic inhibition and synaptic plasticity. Disrupted inhibitory signaling and dysfunctional astrocyte GABA handling are implicated in several diseases including epilepsy and Alzheimer’s disease. Synaptic GABA homeostasis is under astrocytic control and astrocyte GABA uptake, metabolism, and recycling may therefore serve as relevant targets to ameliorate pathological inhibitory signaling.
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