Biophysical and Circuit Mechanisms of OXTR signaling
OXTR信号的生物物理和电路机制
基本信息
- 批准号:10220158
- 负责人:
- 金额:$ 40.55万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2018
- 资助国家:美国
- 起止时间:2018-09-15 至 2023-06-30
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:AcidsAddressAffectAgonistAreaAxonBehaviorBiological AssayBiophysicsBloodBrainBrain regionCationsCellsColorCoupledDense Core VesicleDependenceFiberFrequenciesGenesGoalsHippocampus (Brain)Hypothalamic structureIndividualInterneuronsKnowledgeLateralLeadLightLinkMeasurementMediatingMemoryMethodsModelingNeuraxisNeuromodulatorNeuronsNeuropeptidesNeurosciencesNeurosciences ResearchNoiseOpticsOutputOxytocinOxytocin ReceptorParvalbuminsPatternPeptidesPerformancePhysiologicalPotassiumPropertyPyramidal CellsRadioimmunoassayReceptor ActivationReceptor CellResearchResolutionRetrievalRoleRouteSchizophreniaShapesSignal PathwaySignal TransductionSocial BehaviorSpatial BehaviorStructureSumSynapsesSynaptic TransmissionSystemTestingTranslatingVasopressin ReceptorVesicleautism spectrum disorderbehavior testcell typeexcitatory neuronexperimental studyhippocampal pyramidal neuronin vivo evaluationinformation processinginhibitory neuroninterestmaternal aggressionmelanopsinneural circuitneuropsychiatric disordernoveloptogeneticspeptide hormonepostsynapticpresynapticpupreceptorresponsesocialspatial memoryspatiotemporaltool
项目摘要
Project Summary (Project 3, Co-PIs: Tsien, Froemke, Buzsaki)
Neuromodulators act across many timescales—a consequence of the dynamics of their release, receptor
activation and downstream signaling. Their actions target numerous subcellular compartments, shaping
synaptic transmission, intrinsic excitability and long-term plasticity. How, in turn, these phenomena translate to
behavior is a fundamental goal of neuroscience research. In Project 3, we grapple with this complexity by
deconstructing the actions of the peptide and hormone oxytocin. Famous for its roles in the periphery and in
social behavior, the biophysical and cellular consequences of oxytocin signaling in the central nervous system
are poorly described. A thorough understanding of how oxytocin’s role in the brain is further motivated by
disruption of oxytocin signaling in various neuropsychiatric disorders, including ASD and schizophrenia. To
address this gap in knowledge, we will study the cellular, synaptic and microcircuit signaling mechanisms of
oxytocin in the hippocampus, focusing on the CA2 subregion. Long overlooked, CA2 is enriched in OXTRs
and, intriguingly, has been implicated in social behavior. Our most recent efforts have focused on how
activation of the OXTR depolarizes CA2 pyramidal cells and causes them to enter into a burst firing mode. This
effect was attributable to inhibition of a Kv7-mediated potassium current (or M-current), downstream of a Gq-
coupled signaling pathway. In Project 3, we take these biophysical results into increasingly more physiological
contexts. In Aim 1, we ask how endogenous activity patterns of oxytocinergic fibers translate into oxytocin
release, receptor activation and changes in intrinsic excitability. In Aim 2, we test the strength of our model (in
which oxytocin’s effects in the hippocampus are primarily mediated by M-current inhibition), by developing
optical tools that test the sufficiency and necessity of M-current inhibition in oxytocin signaling. In Aim 3, we
ask how profound changes in hippocampal activity, specifically in CA2, are transmitted beyond the
hippocampus. We primarily focus our efforts on the lateral septum; a region long implicated in social behaviors,
densely innervated by the hippocampus and rich itself in OXTRs.
In sum, we propose a research plan that distills oxytocin signaling in the hippocampus into its most elementary
components: peptide release, receptor activation and cell-type specific modulation of the M-current. Then, as
an acid test of our understanding, we attempt to reconstruct oxytocin’s modulatory actions using our newly
developed optical tools. Finally, we consider how oxytocin signaling in the hippocampus may propagate to
downstream structures, ultimately influencing social behavior.
项目摘要(项目 3,联合负责人:Tsien、Froemke、Buzsaki)
神经调节剂在多个时间尺度上发挥作用——这是其释放、受体动力学的结果
它们的作用针对许多亚细胞区室,塑造。
突触传递、内在兴奋性和长期可塑性,这些现象又如何转化为。
行为是神经科学研究的基本目标,在项目 3 中,我们通过以下方式解决这种复杂性。
解构肽和催产素的作用以其在外周和体内的作用而闻名。
社会行为、中枢神经系统催产素信号传导的生物物理和细胞后果
对催产素在大脑中的作用如何进一步激发的透彻描述很少。
各种神经精神疾病(包括自闭症谱系障碍和精神分裂症)中催产素信号传导的破坏。
为了解决这一知识空白,我们将研究细胞、突触和微电路信号传导机制
海马中的催产素,集中在长期被忽视的 CA2 亚区域,CA2 在 OXTR 中富集。
有趣的是,我们最近的努力集中在如何与社会行为有关。
OXTR 的激活使 CA2 锥体细胞去极化并导致它们进入爆发放电模式。
效应归因于抑制 Gq-下游的 Kv7 介导的钾电流(或 M 电流)
在项目 3 中,我们越来越多地将这些生物物理结果纳入生理学领域。
在目标 1 中,我们询问催产素纤维的内源性活动模式如何转化为催产素。
在目标 2 中,我们测试了模型的强度(在中)。
催产素在海马体中的作用主要是通过 M 电流抑制介导的)
在目标 3 中,我们使用光学工具来测试催产素信号传导中 M 电流抑制的充分性和必要性。
询问海马活动(特别是 CA2 活动)的深刻变化是如何传递到大脑以外的?
我们主要集中精力于外侧隔膜;一个长期与社会行为有关的区域,
受海马体密集支配,并且自身富含 OXTR。
总之,我们提出了一项研究计划,将海马体中的催产素信号提炼成最基本的信号
组成部分:肽释放、受体激活和 M 电流的细胞类型特异性调节。
这是对我们理解的严峻考验,我们尝试使用我们的新方法重建催产素的调节作用
最后,我们考虑海马体中的催产素信号如何传播到
下游结构,最终影响社会行为。
项目成果
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