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Santiago-Balmaseda A, Aguirre-Orozco A, Valenzuela-Arzeta IE, Villegas-Rojas MM, Pérez-Segura I, Jiménez-Barrios N, Hurtado-Robles E, Rodríguez-Hernández LD, Rivera-German ER, Guerra-Crespo M, Martinez-Fong D, Ledesma-Alonso C, Diaz-Cintra S, Soto-Rojas LO. Neurodegenerative Diseases: Unraveling the Heterogeneity of Astrocytes. Cells 2024; 13:921. [PMID: 38891053 PMCID: PMC11172252 DOI: 10.3390/cells13110921] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Grants] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 05/16/2024] [Accepted: 05/22/2024] [Indexed: 06/20/2024] Open
Abstract
The astrocyte population, around 50% of human brain cells, plays a crucial role in maintaining the overall health and functionality of the central nervous system (CNS). Astrocytes are vital in orchestrating neuronal development by releasing synaptogenic molecules and eliminating excessive synapses. They also modulate neuronal excitability and contribute to CNS homeostasis, promoting neuronal survival by clearance of neurotransmitters, transporting metabolites, and secreting trophic factors. Astrocytes are highly heterogeneous and respond to CNS injuries and diseases through a process known as reactive astrogliosis, which can contribute to both inflammation and its resolution. Recent evidence has revealed remarkable alterations in astrocyte transcriptomes in response to several diseases, identifying at least two distinct phenotypes called A1 or neurotoxic and A2 or neuroprotective astrocytes. However, due to the vast heterogeneity of these cells, it is limited to classify them into only two phenotypes. This review explores the various physiological and pathophysiological roles, potential markers, and pathways that might be activated in different astrocytic phenotypes. Furthermore, we discuss the astrocyte heterogeneity in the main neurodegenerative diseases and identify potential therapeutic strategies. Understanding the underlying mechanisms in the differentiation and imbalance of the astrocytic population will allow the identification of specific biomarkers and timely therapeutic approaches in various neurodegenerative diseases.
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Affiliation(s)
- Alberto Santiago-Balmaseda
- Laboratorio de Patogénesis Molecular, Laboratorio 4 Edificio A4, Carrera Médico Cirujano, Facultad de Estudios Superiores Iztacala, Universidad Nacional Autónoma de México, Mexico City 54090, Mexico; (A.S.-B.); (A.A.-O.); (M.M.V.-R.); (I.P.-S.); (E.H.-R.); (L.D.R.-H.); (E.R.R.-G.)
| | - Annai Aguirre-Orozco
- Laboratorio de Patogénesis Molecular, Laboratorio 4 Edificio A4, Carrera Médico Cirujano, Facultad de Estudios Superiores Iztacala, Universidad Nacional Autónoma de México, Mexico City 54090, Mexico; (A.S.-B.); (A.A.-O.); (M.M.V.-R.); (I.P.-S.); (E.H.-R.); (L.D.R.-H.); (E.R.R.-G.)
- Departamento de Fisiología, Biofísica y Neurociencias, Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional, Mexico City 07360, Mexico; (I.E.V.-A.); (N.J.-B.); (D.M.-F.)
| | - Irais E. Valenzuela-Arzeta
- Departamento de Fisiología, Biofísica y Neurociencias, Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional, Mexico City 07360, Mexico; (I.E.V.-A.); (N.J.-B.); (D.M.-F.)
| | - Marcos M. Villegas-Rojas
- Laboratorio de Patogénesis Molecular, Laboratorio 4 Edificio A4, Carrera Médico Cirujano, Facultad de Estudios Superiores Iztacala, Universidad Nacional Autónoma de México, Mexico City 54090, Mexico; (A.S.-B.); (A.A.-O.); (M.M.V.-R.); (I.P.-S.); (E.H.-R.); (L.D.R.-H.); (E.R.R.-G.)
- Sección de Estudios de Posgrado e Investigación, Escuela Superior de Medicina, Instituto Politécnico Nacional, Ciudad de Mexico 11340, Mexico
| | - Isaac Pérez-Segura
- Laboratorio de Patogénesis Molecular, Laboratorio 4 Edificio A4, Carrera Médico Cirujano, Facultad de Estudios Superiores Iztacala, Universidad Nacional Autónoma de México, Mexico City 54090, Mexico; (A.S.-B.); (A.A.-O.); (M.M.V.-R.); (I.P.-S.); (E.H.-R.); (L.D.R.-H.); (E.R.R.-G.)
| | - Natalie Jiménez-Barrios
- Departamento de Fisiología, Biofísica y Neurociencias, Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional, Mexico City 07360, Mexico; (I.E.V.-A.); (N.J.-B.); (D.M.-F.)
| | - Ernesto Hurtado-Robles
- Laboratorio de Patogénesis Molecular, Laboratorio 4 Edificio A4, Carrera Médico Cirujano, Facultad de Estudios Superiores Iztacala, Universidad Nacional Autónoma de México, Mexico City 54090, Mexico; (A.S.-B.); (A.A.-O.); (M.M.V.-R.); (I.P.-S.); (E.H.-R.); (L.D.R.-H.); (E.R.R.-G.)
| | - Luis Daniel Rodríguez-Hernández
- Laboratorio de Patogénesis Molecular, Laboratorio 4 Edificio A4, Carrera Médico Cirujano, Facultad de Estudios Superiores Iztacala, Universidad Nacional Autónoma de México, Mexico City 54090, Mexico; (A.S.-B.); (A.A.-O.); (M.M.V.-R.); (I.P.-S.); (E.H.-R.); (L.D.R.-H.); (E.R.R.-G.)
| | - Erick R. Rivera-German
- Laboratorio de Patogénesis Molecular, Laboratorio 4 Edificio A4, Carrera Médico Cirujano, Facultad de Estudios Superiores Iztacala, Universidad Nacional Autónoma de México, Mexico City 54090, Mexico; (A.S.-B.); (A.A.-O.); (M.M.V.-R.); (I.P.-S.); (E.H.-R.); (L.D.R.-H.); (E.R.R.-G.)
| | - Magdalena Guerra-Crespo
- Laboratorio de Medicina Regenerativa, Departamento de Fisiología, Facultad de Medicina, Universidad Nacional Autónoma de Mexico, Mexico City 04510, Mexico;
| | - Daniel Martinez-Fong
- Departamento de Fisiología, Biofísica y Neurociencias, Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional, Mexico City 07360, Mexico; (I.E.V.-A.); (N.J.-B.); (D.M.-F.)
| | - Carlos Ledesma-Alonso
- Departamento de Neurobiología del Desarrollo y Neurofisiología, Instituto de Neurobiología, Universidad Nacional Autónoma de Mexico, Querétaro 76230, Mexico;
| | - Sofía Diaz-Cintra
- Departamento de Neurobiología del Desarrollo y Neurofisiología, Instituto de Neurobiología, Universidad Nacional Autónoma de Mexico, Querétaro 76230, Mexico;
| | - Luis O. Soto-Rojas
- Laboratorio de Patogénesis Molecular, Laboratorio 4 Edificio A4, Carrera Médico Cirujano, Facultad de Estudios Superiores Iztacala, Universidad Nacional Autónoma de México, Mexico City 54090, Mexico; (A.S.-B.); (A.A.-O.); (M.M.V.-R.); (I.P.-S.); (E.H.-R.); (L.D.R.-H.); (E.R.R.-G.)
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