Layer 6b, a novel inhibitory gain controller in the neocortex
Layer 6b,新皮质中的新型抑制增益控制器
基本信息
- 批准号:10347506
- 负责人:
- 金额:$ 20.47万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2022
- 资助国家:美国
- 起止时间:2022-01-01 至 2023-12-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:16p16p11.2AcuteAdolescenceAdultAnatomyAnimal ModelAreaAutopsyAxonBehavioralBehavioral SymptomsBeliefBrainCalciumCellsCognitiveCopy Number PolymorphismDataDiseaseElectrophysiology (science)Functional disorderImageImpairmentInterneuronsInvestigationLeadMediatingMental disordersMethodologyMethodsMusNeocortexNeuronsPathogenicityPathologicPatientsPharmacogeneticsPhysiologyPlayRegulationRoleSchizophreniaSliceSpecific qualifier valueStudy modelsSynapsesSynaptic TransmissionTestingTransgenic MiceViralWorkautism spectrum disorderbasebrain tissuecell typeconnective tissue growth factordesigner receptors exclusively activated by designer drugsexcitatory neuronhigh riskhippocampal pyramidal neuronimaging approachin vivoin vivo calcium imaginginhibitory neuroninnovationmRNA Expressionmouse modelnoveloptogeneticspatch clamppostnatalpsychologicpsychological symptomsensory inputsensory stimulussocialtransmission processtwo-photon
项目摘要
Project summary
Cortical excitatory and inhibitory (E/I) imbalance in the brain has been commonly
observed in psychiatric disorders. However, neither circuit mechanisms or cell types responsible
for the E/I imbalance in the disease are clearly specified. We focus on layer 6b (L6b) neurons as
a strong candidate for cortical inhibitory gain controller. Although L6b neurons, also called
subplate neurons, are previously known to show abnormal distribution in postmortem brain
tissues of schizophrenia (SZ) and autism-spectrum disorders (ASD), the anatomy and
physiology of the neurons are poorly understood. Our optogenetics-based slice
electrophysiology and in vivo two-photon axonal calcium imaging demonstrate that these
neurons persist in adult brains, project axons toward up to layer 1 by crossing all six cortical
layers, innervate inhibitory interneurons, form functional synaptic connection within cortical
circuit, and respond to external sensory stimuli. More interestingly, our preliminary data found
that the number of neurons in layer 6b (L6b) was decreased in a mouse model of a CNV,
16p11.2 duplication which is known to show deficient GABAergic synaptic transmission and
highly associated with SZ and ASD. These data suggest that L6b neurons may play a key role
in cortical gain control via feed-forward inhibition and the dysregulation of these neurons may
cause psychological and behavioral symptoms. We will determine this innovative hypothesis,
L6b neuron as a novel inhibitory gain controller in the neocortex and they are responsible for
cortical imbalance in psychiatric disorders. We will combine multiple approaches including
optogenetics-based multiple whole-cell patch clamp recordings, in vivo calcium imaging, and
pharmacogenetic manipulation of the L6b neurons to determine the roles of the L6b neurons
and their implications in pathological conditions. Our proposed work will provide a new
conceptual understanding of dysregulated cortical inhibition in psychiatric disorders, by
presenting L6b neuron as a key cortical gain controller.
项目概要
大脑皮层兴奋性和抑制性 (E/I) 失衡已成为普遍现象
在精神疾病中观察到。然而,电路机制或细胞类型均不负责
对于疾病中的 E/I 失衡有明确规定。我们关注第 6b 层 (L6b) 神经元
皮质抑制增益控制器的有力候选者。虽然 L6b 神经元,也称为
此前已知,亚板神经元在死后大脑中表现出异常分布
精神分裂症 (SZ) 和自闭症谱系障碍 (ASD) 的组织、解剖学和
人们对神经元的生理学知之甚少。我们基于光遗传学的切片
电生理学和体内双光子轴突钙成像证明这些
神经元持续存在于成人大脑中,通过穿过所有六个皮质将轴突投射到第一层
层,支配抑制性中间神经元,在皮质内形成功能性突触连接
电路,并对外部感觉刺激做出反应。更有趣的是,我们的初步数据发现
在 CNV 小鼠模型中,第 6b 层 (L6b) 的神经元数量减少,
16p11.2 重复已知显示 GABA 突触传递缺陷和
与 SZ 和 ASD 高度相关。这些数据表明 L6b 神经元可能发挥关键作用
通过前馈抑制进行皮质增益控制,这些神经元的失调可能
引起心理和行为症状。我们将确定这个创新假设,
L6b 神经元作为新皮质中的新型抑制增益控制器,它们负责
精神疾病中的皮质失衡。我们将结合多种方法,包括
基于光遗传学的多个全细胞膜片钳记录、体内钙成像以及
L6b 神经元的药物遗传学操作以确定 L6b 神经元的作用
及其对病理状况的影响。我们提出的工作将提供一个新的
对精神疾病中皮质抑制失调的概念性理解
提出 L6b 神经元作为关键的皮质增益控制器。
项目成果
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