Experience-dependent switch in mechanisms for inhibitory neurons in cortical circuits processing.

皮层回路处理中抑制性神经元机制的经验依赖性转换。

基本信息

批准号：
20K06869
负责人：
侯旭濱
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Niigata University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

抑制性ニューロンは形態や機能により十種類以上の細胞種に分類され、特性に合わせて異なる情報伝達の分岐点として働く。すなわち、個々の経験によって抑制性ニューロンの分化に偏りが生じると、臨界期の回路形成や、後の情報処理に影響を与えると推測される。これまでに、抑制性ニューロンの多様な細胞種を規定する仕組みは分かっておらず、さらに分化に偏りが生じた際の弊害も明らかになっていない。これまでに、申請者は、生後に発現する抑制性ニューロンの新規形態分化因子を同定しており、神経樹状突起や軸索伸長のアクチン細胞骨格制御因子の動きを超高解像で可視化に成功した。また、脳深部の単一細胞に遺伝子を導入する方法を開発し、経験依存的な仕組みを分子発生学の視点から解明した。抑制性ニューロンの特性の変化は、双極性抑制性ニューロンを増加させ、臨界期だけでなく視覚の情報処理にまで広く影響を与えると推測される。本研究において申請者らは、新規アクチン重合因子がPV細胞の多極性樹状突起の特性の獲得に必須であることを見出した。このアクチン重合因子を欠損させると、PV細胞の形態特性（多極性）が、他の抑制性ニューロンの形態特性（双極性）に転換される。この際、電気生理学解析（whole-cell パッチクランプ法）を行うと、PV細胞の機能特性（低い入力抵抗）が、他の双極性抑制性ニューロンの機能特性（高い入力抵抗）に転換されることが分かった。加えて、新規アクチン重合因子の作用メカニズムを超解像度顕微鏡により解析することにより、この因子の細胞内での局所的な蓄積が、アクチン重合を促し、蓄積した部位からの突起の伸長を誘導することを観察した。さらに、抑制性ニューロン樹状突起の形態変化による視覚弁別能力の向上を見出した。本研究において、生後における経験依存的な抑制性ニューロンの形態・機能形成に基づく局所回路及び情報処理の様式について明らかにする。

抑制性神经元根据其形态和功能分为十多种细胞类型，并根据其特性充当信息传递的分支点。换句话说，推测由于个体经验导致的抑制性神经元分化的偏差会影响关键期的回路形成以及随后的信息处理。迄今为止，决定抑制性神经元各种细胞类型的机制尚不清楚，分化不平衡的不利影响也尚未阐明。迄今为止，申请人已经鉴定出一种在出生后表达的抑制性神经元的新型形态分化因子，并且能够以超高分辨率成功地可视化神经元树突和轴突生长的肌动蛋白细胞骨架调节剂的运动。我们还开发了一种将基因导入大脑深处的单细胞的方法，并从分子胚胎学的角度阐明了经验依赖性机制。据推测，抑制性神经元特性的变化增加了双极抑制性神经元的数量，这不仅广泛影响关键期，而且广泛影响视觉信息处理。在这项研究中，我们发现一种新型肌动蛋白聚合因子对于获得光伏电池中的多极树突特性至关重要。删除该肌动蛋白聚合因子会将 PV 细胞（多极）的形态特征转变为其他抑制性神经元（双极）的形态特征。此时，电生理分析（全细胞膜片钳法）表明PV细胞的功能特征（低输入电阻）转化为其他双极抑制性神经元的功能特征（高输入电阻）。此外，通过使用超分辨率显微镜分析新型肌动蛋白聚合因子的作用机制，我们发现该因子在细胞内的局部积累促进肌动蛋白聚合并诱导观察到的积累部位的突起伸长。此外，我们发现抑制性神经元树突形态的变化可以提高视觉辨别能力。在本研究中，我们将根据出生后抑制性神经元的经验依赖性形成和功能来阐明局部电路和信息处理模式。