Neuromodulator signaling and activity in the C. elegans egg-laying circuit
线虫产卵回路中的神经调节信号和活动
基本信息
- 批准号:10398019
- 负责人:
- 金额:$ 43.8万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2014
- 资助国家:美国
- 起止时间:2014-09-01 至 2024-01-23
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:AcetylcholineAffectAnimal ModelAnimalsAreaBehaviorBiological AssayBiologyBrainBrain DiseasesCaenorhabditis elegansCandidate Disease GeneCarbon DioxideCellsCoupledDefectDiglyceridesDiseaseDrosophila genusEmbryoEnvironmentEquilibriumEscherichia coliEventFeedbackFoodG alpha q ProteinG-Protein-Coupled ReceptorsGTP-Binding ProteinsGenesGeneticGoalsHumanHuman BiologyImageIndividualKnock-outLac OperonLengthMeasuresMechanicsMediatingMedicalMethodsModelingMood DisordersMotor NeuronsMuscleMuscle CellsMuscle ContractionMutationNeuromodulatorNeuronsNeuropeptide ReceptorNeuropeptidesNeurotransmitter ReceptorNeurotransmittersOrganismParkinson DiseasePathway interactionsPatternPattern FormationPeriodicityPhaseRoleSensorySerotoninSignal TransductionSourceStretchingSynapsesSystemTestingTransgenesUterusWorkcell typecholinergiceggimaging approachinsightmutantmutation screeningneural circuitneural modeloptogeneticsoverexpressionpostsynapticpresynapticreceptorresponserhoserotonin receptorsmall moleculesuccess
项目摘要
Project Summary
The long-term goal of this project is to delineate at an unprecedented level of precision how all the
neurotransmitter signaling events within a model neural circuit together produce its dynamic pattern of activity.
Neural circuits are a basic unit of brain function, and altered signaling within neural circuits can disrupt circuit
function to produce mood disorders and other human brain diseases. To date, our understanding of such
diseases remains vague because we understand only a few individual features within each of the many
different neural circuits that have been studied. Therefore, our approach is to analyze all the signaling events
within one simple neural circuit, anticipating that this will yield new insights into how neural circuits in general
work. This approach is inspired by past successes in other areas of biology in which deep analysis of a simple
model in a genetically tractable organism (e.g. the lac operon in E. coli or pattern formation in the Drosophila
embryo) led to conceptual breakthroughs that generalized to human biology. Thus, we are intensely studying
the simple egg-laying circuit of C. elegans, an experimental system in which we have developed a powerful
combination of genetic, optogenetic, chemogenetic, and Ca2+ imaging approaches that together can provide
unprecedented mechanistic insights into circuit function. Our analysis has already discovered two instances in
which a small-molecule neurotransmitter signals alongside co-released neuropeptides, and also that ongoing
circuit activity responds to homeostatic feedback from the postsynaptic cells. These features are likely
conserved in other neural circuits. In the next period of this project we aim to understand how the egg-laying
circuit turns itself on. This circuit alternates between ~20 minute inactive phases and ~2.5 minute periods of
rhythmic activity. Our recent work shows that the two HSN command neurons release a combination of
serotonin and neuropeptides encoded by the nlp-3 gene to activate the circuit. These neuromodulators signal
through a set of at least five receptors to alter the postsynaptic muscle response to acetylcholine released from
presynaptic motor neurons.
Aim 1. We will determine how the HSN neurons “decide” when to release serotonin and NLP-3 neuropeptides
to activate the circuit.
Aim 2. We will determine how a diverse set of receptors for serotonin and NLP-3 neuropeptides alter activity of
various specific cells of the circuit to make the circuit active.
Aim 3. We will identify the cells and signals that act with HSN-released serotonin and NLP-3 neuropeptides to
help activate the circuit and ultimately trigger egg-laying muscle contraction.
项目概要
该项目的长期目标是以前所未有的精确度描述所有
模型神经回路内的神经递质信号事件共同产生其动态活动模式。
神经回路是大脑功能的基本单位,神经回路内的信号传导可能会破坏回路
迄今为止,我们对此类疾病的了解还不够。
疾病仍然模糊不清,因为我们只了解众多疾病中的每一种的几个单独特征
因此,我们的方法是分析所有的信号事件。
在一个简单的神经回路中,预计这将产生关于神经回路一般如何运作的新见解
这种方法的灵感来自于过去在生物学其他领域的成功,其中对简单的深入分析。
遗传上易处理的生物体中的模型(例如大肠杆菌中的紫胶操纵子或果蝇中的模式形成)
胚胎)导致了推广到人类生物学的概念突破,因此,我们正在深入研究。
线虫的简单产卵回路,这是一个实验系统,我们在其中开发了强大的
遗传、光遗传学、化学遗传学和 Ca2+ 成像方法的组合可以提供
我们的分析已经发现了两个实例。
一种小分子神经递质与共同释放的神经肽一起发出信号,并且正在进行
电路活动可能会对突触后细胞的稳态反馈做出反应。
在这个项目的下一个阶段,我们的目标是了解产卵的过程。
电路自行开启。该电路在约 20 分钟的非活动阶段和约 2.5 分钟的非活动阶段之间交替。
我们最近的工作表明,两个 HSN 指挥神经元释放出一种组合。
由 nlp-3 基因编码的血清素和神经肽可激活这些神经调节信号。
通过一组至少五个受体来改变突触后肌肉对乙酰胆碱释放的反应
突触前运动神经元。
目标 1. 我们将确定 HSN 神经元如何“决定”何时释放血清素和 NLP-3 神经肽
来激活电路。
目标 2. 我们将确定一组不同的血清素和 NLP-3 神经肽受体如何改变
电路的各种特定单元使电路活跃。
目标 3. 我们将鉴定与 HSN 释放的血清素和 NLP-3 神经肽作用的细胞和信号,以
帮助激活回路并最终引发产卵肌肉收缩。
项目成果
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