Modulation of sleep and cortical activity through the orexin and cholinergic axes: role of the IGF-I

Abstract

L’estudi de l’factor de creixement similar a la insulina tipus I (IGF-I) ha adquirit rellevància en els últims anys per la seva activitat pleiotrópica, el seu paper en la patologia cerebral i les seves possibles aplicacions terapèutiques. IGF-I és una hormona circulant produïda principalment pel fetge sota la senyalització de l’hormona de creixement (GH) que pot creuar la barrera hematoencefàlica (BBB) ​​cap al sistema nerviós central (SNC). No obstant això, no es comprèn de l’tot el seu important paper en l’envelliment i la malaltia d’Alzheimer. Alguns estudis suggereixen que l’IGF-I està involucrat en els canvis adaptatius durant l’envelliment, i ha evidència que dóna suport a la noció que la malaltia d’Alzheimer (EA) també s’associa amb una funció metabòlica alterada que afecta la insulina i a l’IGF -I. L’envelliment i la MA estan estretament relacionats amb les alteracions corticals, de el processament de la informació i de la son / vigília, comorbiditats comuns de les malalties metabòliques. A més, l’envelliment sol anar acompanyat d’una disminució de la cognició, i els canvis en la durada de la son van acompanyats de canvis en els nivells d’IGF-I. A més, l’envelliment s’associa amb nivells més baixos d’IGF-I en sèrum que poden contribuir a aquest deteriorament. No obstant això, els processos subjacents que vinculen tots dos encara no estan completament definits. En aquest treball estudiem un grup específic de cèl·lules involucrades en la regulació de la son i l’activitat cortical. El primer grup, les neurones orexinérgicas, és una població de cèl·lules discretes a l’hipotàlem lateral involucrat en el cicle circadià de son / vigília, metabolisme, despesa energètica i arousal. El segon grup, les cèl·lules colinèrgiques de l’prosencèfal basal, tenen un paper essencial en la funció cortical, el processament de la informació i l’estat de son / vigília.

El estudio del factor de crecimiento similar a la insulina tipo I (IGF-I) ha adquirido relevancia en los últimos años por su actividad pleiotrópica, su papel en la patología cerebral y sus posibles aplicaciones terapéuticas. IGF-I es una hormona circulante producida principalmente por el hígado bajo la señalización de la hormona del crecimiento (GH) que puede cruzar la barrera hematoencefálica (BBB) hacia el sistema nervioso central (SNC). Sin embargo, no se comprende del todo su importante papel en el envejecimiento y la enfermedad de Alzheimer. Algunos estudios sugieren que el IGF-I está involucrado en los cambios adaptativos durante el envejecimiento, y existe evidencia que respalda la noción de que la enfermedad de Alzheimer (EA) también se asocia con una función metabólica alterada que afecta a la insulina y al IGF-I. El envejecimiento y la EA están estrechamente relacionados con las alteraciones corticales, del procesamiento de la información y del sueño/vigilia, comorbilidades comunes de las enfermedades metabólicas. Además, el envejecimiento suele ir acompañado de una disminución de la cognición, y los cambios en la duración del sueño van acompañados de cambios en los niveles de IGF-I. Además, el envejecimiento se asocia con niveles más bajos de IGF-I en suero que pueden contribuir a este deterioro. No obstante, los procesos subyacentes que vinculan a ambos aún no están completamente definidos. En este trabajo estudiamos un grupo específico de células involucradas en la regulación del sueño y la actividad cortical. El primer grupo, las neuronas orexinérgicas, es una población de células discretas en el hipotálamo lateral involucrado en el ciclo circadiano de sueño/vigilia, metabolismo, gasto energético y arousal. El segundo grupo, las células colinérgicas del prosencéfalo basal, desempeñan un papel esencial en la función cortical, el procesamiento de la información y el estado de sueño/vigilia.

The study of insulin-like growth factor-I (IGF-I) has reached relevance in recent years for its pleiotropic activity, role in brain pathology, and potential therapeutic applications. IGF-I is a circulating hormone mainly produced by the liver under growth hormone (GH) signaling that can cross the blood-brain-barrier (BBB) into the central nervous system (CNS). However, its extensive role in aging and Alzheimer’s disease is not entirely understood. Some studies suggest that IGF-I is involved in adaptive changes during aging, and there is some evidence that supports the notion that Alzheimer’s disease (AD) is also associated with perturbed metabolic function affecting insulin and insulin-like growth factor. Aging and AD are closely related to cortical, information processing, and sleep/wakefulness disturbances, common comorbidities of metabolic diseases. Besides, aging is frequently accompanied by a decline in cognition, and changes in sleep duration are paralleled by changes in IGF-I levels. Furthermore, aging is associated with lower serum IGF-I levels that may contribute to this deterioration. Nonetheless, the underlying processes linking both are not yet fully defined. Here, we take advantage of a specific group of cells involved in sleep regulation and cortical activity. The first group, the orexin neurons, is a discrete cell population in the lateral hypothalamus involved in the circadian sleep/wake cycle, metabolic, energy expenditure, and arousal. The second group, cholinergic cells from the basal forebrain, plays an essential role in cortical function, information processing, and sleep/wake status.