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树突靶向皮层第一层中间能神经元的学习相关可塑性


    

原文标题:Learning-Related Plasticity in Dendrite-Targeting Layer 1 Interneurons

期刊:Neuron

影响因子:14.403(2018年)

发表时间:2018年11月7日

选用服务:Ndnf-IRES-CreERT2和 Ndnf-IRES-FlpO基因敲入小鼠

 

研究背景:

 

哺乳动物皮层一般可以分为六层,第一层包含少量的神经元胞体(其中大部分神经元为抑制性神经元)和第2/3及第5层的锥体细胞的顶端树突簇,也接受来自于皮层下神经元的长距离投射,处于从上到下处理信息的关键位置。目前明确认为抑制皮层第一层的锥体神经元树突来源于皮层深层的生长抑制素能神经元(SST-positive Martinotti),但是在皮层第一层内部存在稀疏神经元也可以抑制锥体神经元树突,其具体神经元类型不明。

 

研究思路:

 

 

Step 1 RNA测序

 

为了寻求区别于其他层、只特定表达在皮层第一层的标志物,研究人员利用RNA测序技术进行筛选,结果发现有6个基因在皮层抑制性神经元上富集表达,但是只有Ndnf(Neuron-DerivedNeurotrophic Factor,神经源性神经营养因子)这个基因高水平表达,可以满足上述条件。

 

Step 2 免疫原位杂交

 

免疫原位杂交试验进一步发现表达Ndnf的神经元大多数存在皮层第一层,这种分布特点不同于其他类型的中间能神经元。这些结果表明Ndnf可作为皮层第一层中间能神经元标志物。

 

Ndnf集中表达在皮层第一层

图1.Ndnf集中表达在皮层第一层

 

Step 3 动物实验验证

 

基于上述结果,研究人员构建了听觉皮层区Ndnf-IRES-CreERT2小鼠(在与Ai9鼠杂交后获得Ndnf-Ires-CreERT2-cre:Ai9 小鼠)和Ndnf-IRES-FlpO基因敲入小鼠,这两种小鼠都是用于回路分析的强大工具。此外,利用病毒逆行示踪发现L1 NDNF Ins接受大脑中多个脑区的突触输入。通过以上两种小鼠的动物实验,验证了L1 NDNF Ins可以抑制第一皮层内远端锥体神经元树突。

 

 

Step 4动物行为学实验验证

 

研究人员利用经典的条件恐惧记忆模型结合双光子活体钙影像学技术发现恐惧记忆的表达需要L1 NDNF Ins的响应,与此同时第一皮层内远端锥体神经元的抑制性增强。很意外的是,在恐惧记忆表达过程中SST-positive Martinotti神经元并不参与,但是它时刻关注并控制NDNF-INs的感觉反应。这些实验证明L1 NDNF Ins和SST-positive Martinotti抑制作用不同。

 

结论:

 

这项研究发现NDNF可作为皮层第一层中间能神经元的标志物,且该类型神经元可以抑制锥体神经元树突。

 

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