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研究發(fā)現(xiàn)調(diào)控皮層中間神經(jīng)元發(fā)育成熟的新機(jī)制

作者:宋檢 時間:2022-12-06 來源:互聯(lián)網(wǎng)

12月7日,中國科學(xué)院生物物理研究所王曉群研究組在國際腦科學(xué)雜志CerebralCortex上在線發(fā)表了題為Early Excitatory Activity-dependent Maturation of Somatostatin Interneurons in Cortical Layer 2/3 of Mice 的研究成果,該工作系統(tǒng)闡明了運(yùn)動皮層M2中Somatostatin(SST)陽性中間神經(jīng)元自身發(fā)育的重要時間窗口,以及對其進(jìn)行調(diào)控的關(guān)鍵因素。

大腦皮層作為調(diào)控生物體運(yùn)動和思維的中樞神經(jīng)系統(tǒng),具有復(fù)雜的細(xì)胞構(gòu)成和環(huán)路連接。在大腦皮層中,約有20%的神經(jīng)元為GABA能的中間神經(jīng)元,這些中間神經(jīng)元根據(jù)其形態(tài)、生理特性的不同可以分為多種亞類,這些亞類功能各異,相互結(jié)合,從而精確地調(diào)節(jié)著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜活動。其中SST陽性中間神經(jīng)元出現(xiàn)較早,在快速發(fā)放(fast-spiking)類型中間神經(jīng)元出現(xiàn)之前,對于局部神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建立和發(fā)育起到了至關(guān)重要的作用,但現(xiàn)今的報道并未對SST中間神經(jīng)元自身成熟的特征及其早期的發(fā)育調(diào)控機(jī)制給出明確的結(jié)論。

研究人員首次系統(tǒng)地對小鼠出生后第1天至第30天各個時間段的大腦皮層2/3層中SST中間神經(jīng)元各項電生理特征和形態(tài)特征進(jìn)行了收集,并基于這些數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)出生后的前兩周是SST中間神經(jīng)元發(fā)育的關(guān)鍵時期,這類神經(jīng)元會在這段時間快速成熟,在出生后第15天以后其自身的電生理參數(shù)基本趨于穩(wěn)定。同時研究人員利用雙通道膜片鉗技術(shù)進(jìn)行了SST中間神經(jīng)元和附近的錐體細(xì)胞之間化學(xué)突觸聯(lián)系檢測,發(fā)現(xiàn)這些突觸聯(lián)系也隨著發(fā)育的進(jìn)程不斷地增強(qiáng)。之后為了探究這些來自其他細(xì)胞的輸入是否對SST陽性中間神經(jīng)元發(fā)育產(chǎn)生影響,研究人員采用向皮層注射毒素的方法對不同時間的突觸傳遞能力進(jìn)行干擾,并首次發(fā)現(xiàn)在出生后第1天干擾突觸傳遞后,SST中間神經(jīng)元自身的發(fā)育明顯滯后,而在第8天進(jìn)行干擾則不會影響這類中間神經(jīng)元的成熟。為了進(jìn)一步說明是哪種神經(jīng)元的突觸聯(lián)系導(dǎo)致了這一現(xiàn)象,研究人員利用胚胎電轉(zhuǎn)技術(shù),將能夠抑制神經(jīng)元興奮性的Kir2.1通道僅表達(dá)在小鼠皮層椎體細(xì)胞內(nèi)。結(jié)果顯示當(dāng)錐體細(xì)胞興奮性降低時,SST中間神經(jīng)元的自身成熟將會明顯滯后,這種延遲效果至少持續(xù)到出生后一個月。基于以上研究,研究人員首次報道并提出SST中間神經(jīng)元自身的成熟與錐體細(xì)胞的支配強(qiáng)度和作用時間密切相關(guān)。這一全新的結(jié)論完善了SST中間神經(jīng)元在皮層發(fā)育過程中獨(dú)特的成熟特性及其調(diào)控機(jī)制,同時該研究結(jié)果及思路將為研究皮層局部神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)育、環(huán)路內(nèi)興奮-抑制平衡等方面提供新的想法和理論基礎(chǔ)。

該工作由王曉群課題組獨(dú)立完成。王曉群為該文的通訊作者,課題組助理研究員潘娜及博士方艾為該文的**作者。該研究得到國家科技部、自然科學(xué)基金委和中科院的項目支持。

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